运放平衡电阻计算方法步骤解析

运算放大器电路

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描述

  一、运放的平衡电阻

  运放输入端所接电阻要平衡,目的是使集成运放两输入端的对地直流电阻相等,运放的偏置电流不会产生附加的失调电压。 但有些电路对失调电压要求并不高,例如交流音频放大器。有些运放偏置电流很小,即使输入端电阻不平衡也不会对失调电压产生什么影响,这些电路就可以不要求 输入端电阻平衡。

  以反相放大器来说明平衡电阻的作用。如图所示。

运算放大器

  若运放为理想运放,输入为0时,则:

运算放大器

  但实际运放有失调电压(VIO),失调电流(IIO),输入偏置电流(IIB)。依据失调电流,输入偏置电流的定义,有:

运算放大器

  解方程组,得:

运算放大器

  在反相端用KCL,有:

运算放大器

  考虑到失调电压,实际反相端电压为:

 运算放大器

  将所有参数代入,解得:

运算放大器

  当R2=R1//Rf时,

运算放大器

  此时由输入偏置电流IIB产生的失调电压为0。

  说明:

  1、为了保证输入阻抗匹配一般需要配合适的电阻。

  2、为了减小输入电流失调,原则上同相端电阻等于接反相端那两个电阻的并联值。实际应用中,由于闭环的结果,尤其在深负反馈条件下,失调在输出端并不明显,失调不是主要矛盾时,同相接地电阻常省去。从运放工作在最好状态的意义出发,还是要那个电阻。同相接地电阻只对双极运放有作用,对 MOS 型的运放没意义。

  3、接地输入端接电阻:阻抗对称,匹配。高频必须用。

  4、理解运放偏置电流与失调电流

  运放输入端都会有偏置电流 IB+,IB-,两个偏置电流之均值定义为偏置电流 IB,之差为失调电流 Ios 对于 IB》》Ios 的运放,两个输入电阻 Rs+,Rs-匹配可以减小 IB 流过电阻造成的误差但精密运放往往将IB 补偿到最小,IB,Ios 相近,加匹配电阻反而增加误差 。

  5、为了输入端存在偏置电流而设置的,其目的是让同相和反相

  两个输入端看出去的阻抗相等, 以便“预定”两个输入端“相等”的偏置电流在它们产生的压降也相等,起到相互抵消的作用。

  二、运放平衡电阻计算

  反相比例运算放大器电压放大倍数是10,放大倍数β=-Ui(RF/R1),取电阻RF=100K,R1=10K平衡电阻肯定是RP=RF//R1【(100×10)/(100+10)】,得出来的结果是RP=9.09K,没有9.09K的电阻,可用9.1K的电阻代替。

  三、输入平衡电阻详解

  把运放接成反相放大器,设输入电阻为R1,反馈电阻为Rf,先假设同相端没有接平衡电阻,直接连接到地,设运放输入偏置电流为IB(同相端和反相端相同),流过R1和Rf的电流分别为I1和If,反相端电压为V-,运放增益为A,那么在反相端运用KCL,有(设输入信号为0):

  (0-V-)/R1-(A+1)V-/Rf=IB

  由上式可以得出:

  V-=-(IB×R1×Rf/(Rf+(A+1)R1))

  此时运放的输出电压为:

  Vo=A×(IB×R1×Rf/(Rf+(A+1)R1))

  上式可近似为:

  Vo=IB×((AR1)//Rf) (1)

  如果同相端通过一个电阻R2到地,且R2=R1//Rf,那么同相端电压为:

  V+=-IB×R2

  对反相端运用KCL,有(设输入信号为0):

  (0-V-)/R1+(A×(V+-V-)-V-)/Rf=IB 此时运放输出电压为:

  Vo=0 (2) 对比(1)(2)式可以看出平衡电阻的作用。

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