關于運放,前面聊了3篇:
①運放是否需要專門的接地端子?
②重新理解“虛短”和“虛斷”
③爆肝2000字-定量分析運放的平衡電阻
今天我們繼續聊第4篇。在聊正式內容之前,先回復下在上一篇《爆肝2000字-定量分析運放的平衡電阻》中留的拓展問題:在如下交流耦合輸入電路中,平衡電阻Rp應當如何取值?
答案:Rp=Rf。因為在直流等效電路中,由于C1的存在,R1鏈路被斷開,R1的一端被迫懸空,此時再從運放的反相端看出去,直流通路只有Rf這一條。為了保證輸入級的對稱性,正相輸入端的平衡電阻Rp的取值需要和Rf相等。具體定量推導,這里不做贅述,可以參看上一篇文章的推導過程。
說完上篇留的作業,接著開始今天的內容。
一道問題
如上圖電路,相信小伙伴一定很熟悉了。這里簡單問3個問題:
①電路的輸入電阻是多少?
②如果要設計成一個放大系數為-100,輸入電阻Ri=1MΩ的反相比例運算放大電路,R1取值,Rf取值分別為多少?
③在問題②的基礎上,為提升運算精度,Rp取值多少比較合適?
輸入電阻Ri
根據運放的“虛短”,可以得出Vn=Vp=0,則有i1=(Vin-0)/R1=Vin/R1。
根據歐姆定律,輸入電阻Ri=Vin/i1=R1。
即:反相比例運算放大電路的輸入電阻就是R1。
如果要設計一個輸入電阻為1MΩ的反向比例運放電路,只需要R1取值為1MΩ即可。說到這里,第一個問題迎刃而解。
反向比例運放的閉環增益
根據運放的“虛斷”,可以得出流出反相輸入端N節點的電流幾乎為0,即R1和R2串聯,則有i1=i2。Rf上的壓降為Vf=Vin*Rf/R1。于是有:
G為反相比例運放的閉環增益。
此時再看下第②個問題,輸入電阻Ri=1MΩ,根據第一小節的分析則R1取值為1MΩ。放大系數為-100,即G=-100,根據上面的推導關系,則Rf取值為100MΩ。
100MΩ!這個取值簡直大的離譜!
在常規電路設計中,普通的0402封裝電阻精度是5%,如果取值100MΩ,那就是電阻的阻值偏差可能有5MΩ,這太夸張了。如果選1%精度的電阻,阻值偏差依然有1MΩ。結合自身精度,再算上溫飄,可以說:這個運放電路的精度很差勁!實際電路沒法用。這就是反相比例運放電路的弊端。
有沒有辦法可以讓Rf取值不是很大,又可以實現比較高的增益呢?
反饋電阻Rf取值太大,怎么辦?
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:藏不住了,反相比例運放居然有缺陷!
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