理想运放的输入阻抗无穷大,但实际上运放的输入端还是会流入一定的电流的,所以有时候我们设置运放输入电阻的时候不能太大,否则运放对信号的运算将产生误差。
先看一个跟随器
如上图,运放的两个输入端有电流,说好的运放输入阻抗无穷大的,它怎么还有电流呢?下面我们引出两个运放的非理想参数:输入偏置电流IB、输入失调电流IOS。
IB、IOS定义
输入偏置电流IB:当输出维持在规定的电平时,两个输入端流进电流的平均值。所以上图的IB=(932.3pA+1.431nA)/2=1.182nA.
输入失调电流IOS:当输出维持在规定的电平时,两个输入端流进电流的差值。所以上图的IOS=1.431nA-932.3pA=0.499nA.
运放电路为什么要匹配电阻
1.如上图,我们经常会看到运放电路会多一个电阻Rp,它与运放电路的增益无关且Rp=R1//R2,我们常叫它匹配电阻。
2.从感觉上来说,运放的两个输入端应该是一模一样的,体现在两端阻抗也应该相等,所以加这个匹配电阻符合我们的想象。直接看上图从电路原理也是可以推导它的,这里不赘述,想了解推导过程的同仁可以给我留言。
3.假如知道推导过程的话,还可以知道(R1//R2)越小,IB和IOS引起的误差也越小,这也是我们提倡运放外围电阻不应该太小的其中一个原因,但是还需要与功耗做出折衷。
4.顺便说一下,运放外围电路的电阻如果太大的话,回路电流就很小,那么信号是容易被电磁场干扰的。特别是PCB布线长的时候,PCB走线就像一根天线会吸收来自空间的电磁噪音。
5.最后,电阻的常用阻值总是有限的,通常我们也不会去找厂家定制一款特定阻值的电阻,这会使成本直线上升。同时我们总希望BOM清单上元器件的种类越少越好,这有利于采购的谈判。假如出现计算的Rp是一个奇怪的阻值时,可以直接用R1并上R2来代替。
输入偏置电流IB太大有什么后果
有时候我们用跨阻放大器(I-V)来完成对微小电流信号的放大。因为用电阻直接将电流信号转换为电压信号的话,如果电阻太小了信号源可能带不动,而电阻太大了引入的电阻热噪声也很大。所以有如下图跨阻放大器,利用反馈电阻1M将电流转化为电压。
·跨阻放大器·
1.如上图,如果运放的IB过大,那么光敏传感器本来微弱的电流将一部分被运放的IB吃掉而不能更多地流向反馈电阻,会增大误差。
2.还有一种情况(非以上跨阻放大器),当放大器输入端通过一个电阻接地时,这个IB电流将在电阻上产生输入电压,这也是一个误差。
3.解决这些问题最主要的措施是选择IB较小的运放,通常来说FET输入的运放IB比较小。顺便说一下,了解运放的分类是有必要的,比如按工艺、精度、速度、功耗分类它们各有什么区别。
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