分析运放电路中的平衡电阻的作用

关于运放，前面聊了两篇：

①运放是否需要专门的接地端子？

②重新理解“虚短”和“虚断”

我在输出文章的过程，也是重新学习的过程。如果同学们对文章内容有任何疑问，欢迎探讨交流。话不多说，我们继续今天关于运放的探讨。

一道面试题

照例先抛出来一道问题。如上图，对比两组电路，回复如下问题：

①两组电路，共同点是什么？

②两组电路，区别点在哪里？该差异点，叫什么？有什么作用？

③该差异点的取值是否有讲究，请阐述原理。

上述一组问题，有送分部分，也有拔高部分，既可以作为笔试题，也可以用作面试题，非常考验答题者的模电基本功。如果屏幕前的你，能轻松回答，说明你至少是高级以上工程师了。

比例运放电路

针对第一个小问题——共同的特点，我觉得学过模电的同学都能看出来：反相比例放大电路。结合上篇文章中提到的“虚短”和“虚断”，很容易可以推导出：Vo=(-Rf/R1)Vin。具体如何推导，不做展开，自行脑补。

平衡电阻

如果说第一题是开胃菜，我们接着往下：区别点在哪里？对比发现，在运放的同相输入端多了一个电阻Rp。

这里的Rp，有个专业名称：平衡电阻。引入平衡电阻，可以减小输入偏置电流对输出电压的影响。

作为面试题的话，回答到这里已经差不多了。但是，作为研发工程师，我们需要再深入些：平衡电阻的取值，有什么讲究？在解释这个问题前，需要解释下运放的输入偏置电流Ib和输入失调电流Ios。

偏置电流Ib和失调电流Ios

集成运放的输入级通常是由三极管或MOS管搭建。三极管属于流控性器件，要让三极管工作在放大区，必须要有偏置电流存在。MOS管虽然属于压控型器件，要让MOS管工作起来，不可能避免会有漏电流的存在。如此，为了让运放能够工作，运放的两个输入端口必然会存在输入电流，我们分别记作Ip和In。于是，输入偏置电流和输入失调电流有如下关系式：

这里有必要提一下，三极管和Ib和Ios通常在nA级别，Ib会比Ios大一个数量级；MOS管的Ib和Ios通常在pA级别，Ib同样大于Ios。

我们不妨找个运放实际来看下，以TI的双路运放LM358为例。从TI官网可以很容易下载到Datasheet，如下框图所示，可以看出在IN-、IN+输入端就是两个双极型晶体管。

我们再看下LM358的Ib和Ios。典型值Ib=10nA，Ios=0.5nA，相差一个数量级。

定量分析平衡电阻的取值

解释完输入偏置电流，我们需要再深入研究下输入偏置电流对输出电压的定量影响，以便我们更好地衡量平衡电阻的取值。为此，我们需要将运放的输入信号源接地，单纯地分析Ip和In对输出电压的影响。

编辑：黄飞