藏不住了,反相比例运放居然有缺陷!

描述

关于运放,前面聊了3篇:

①运放是否需要专门的接地端子?

②重新理解“虚短”和“虚断”

③爆肝2000字-定量分析运放的平衡电阻

今天我们继续聊第4篇。在聊正式内容之前,先回复下在上一篇《爆肝2000字-定量分析运放的平衡电阻》中留的拓展问题:在如下交流耦合输入电路中,平衡电阻Rp应当如何取值?

交流耦合

答案:Rp=Rf。因为在直流等效电路中,由于C1的存在,R1链路被断开,R1的一端被迫悬空,此时再从运放的反相端看出去,直流通路只有Rf这一条。为了保证输入级的对称性,正相输入端的平衡电阻Rp的取值需要和Rf相等。具体定量推导,这里不做赘述,可以参看上一篇文章的推导过程。

说完上篇留的作业,接着开始今天的内容。

一道问题

交流耦合

如上图电路,相信小伙伴一定很熟悉了。这里简单问3个问题:

①电路的输入电阻是多少?

②如果要设计成一个放大系数为-100,输入电阻Ri=1MΩ的反相比例运算放大电路,R1取值,Rf取值分别为多少?

③在问题②的基础上,为提升运算精度,Rp取值多少比较合适?

输入电阻Ri

交流耦合

根据运放的“虚短”,可以得出Vn=Vp=0,则有i1=(Vin-0)/R1=Vin/R1。

根据欧姆定律,输入电阻Ri=Vin/i1=R1。

即:反相比例运算放大电路的输入电阻就是R1。

如果要设计一个输入电阻为1MΩ的反向比例运放电路,只需要R1取值为1MΩ即可。说到这里,第一个问题迎刃而解。

反向比例运放的闭环增益

根据运放的“虚断”,可以得出流出反相输入端N节点的电流几乎为0,即R1和R2串联,则有i1=i2。Rf上的压降为Vf=Vin*Rf/R1。于是有:

交流耦合

G为反相比例运放的闭环增益。

此时再看下第②个问题,输入电阻Ri=1MΩ,根据第一小节的分析则R1取值为1MΩ。放大系数为-100,即G=-100,根据上面的推导关系,则Rf取值为100MΩ。

100MΩ!这个取值简直大的离谱!

在常规电路设计中,普通的0402封装电阻精度是5%,如果取值100MΩ,那就是电阻的阻值偏差可能有5MΩ,这太夸张了。如果选1%精度的电阻,阻值偏差依然有1MΩ。结合自身精度,再算上温飘,可以说:这个运放电路的精度很差劲!实际电路没法用。这就是反相比例运放电路的弊端。

有没有办法可以让Rf取值不是很大,又可以实现比较高的增益呢?

反馈电阻Rf取值太大,怎么办?

审核编辑:汤梓红

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