往期文章讲了放大器的反馈部分,本期讲解偏压部分的基本原理。
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图 1 5V单电源供电的同向放大电路
1、为什么要在输入信号上施加偏压呢?
无论哪种放大器,也不可能输入输出在运放工作电源之外的电压,因此要放大类似于幅度低于0V的负电压的输入信号,一般有如下做法:
对OP放大器用正负电源供电;
单电源工作下,对输入信号施加偏压;
2、偏置电阻的阻值确定
图2 偏置电路
如上图 2所示,OP放大器的输入偏置电流多会对偏压带来一定影响,但是,如果将流过R3和R5构成的分压电路的电流,设定在OP放大器的输入偏置电流Ibias(OP)的20~50倍以上时,其影响几乎可以忽略不计。这样,不必考虑OP放大器的输入偏置电流,仅靠 5V和两只偏置电阻(R3、R5)即可对偏压进行调整。
举个栗子,某运放的输入偏置电流的最大值为0.25uA。如果其20~50倍的电流5~12.5uA流过,则OP放大器输入偏置电流的影响即可忽视。在图1中的分压电路中,Ibin设定为0.25uA的200倍(即50uA),VCC为5V,所以确定R3 R5=100kΩ。这里,若设定偏压2.5V,则,R3=R5=50kΩ
按照实际电阻系列中的电阻值,50附近我们可以选47kΩ或者51kΩ。这里我们暂时选47kΩ电阻。
3、确定偏置电路的电阻值的注意事项
确定偏置电路电阻值的关键是先决定分压电路中流过的电流值。决定此电流值时,如果连OP放大器输入偏置电流的影响也要考虑,则会很麻烦,所以,电阻上流过的一般都是使OP放大器输入偏置电流的影响可以忽略不计的大电流。然后,电阻上流过的电流太大时功耗就会增大。所以,标准是OP放大器输入偏置电流的20~50倍。如果电阻器的发热不显著,那么像此处这样,输入偏置电流几百倍的电流流过也可以。
4、连接分压电路和OP放大器的R7
R7是由图1所示电路的输入阻抗指标50kΩ要求来决定。
此电路的输入阻抗等于R7和R8的并联,设R8为100kΩ、R7为100kΩ。则
100kΩ//100kΩ=50kΩ
指标要求能够满足。
51kΩ与1MΩ并联也是50kΩ,那么R8取51kΩ,R7取10MΩ可以吗?答案是不可以的。如下图3所示电路。R7上因为OP放大器正输入端流出的输入偏置电流而产生电压,导致偏压Vbias(OP)变化。R7过大,Vbias(OP)就会变得过大,最终导致OP放大器不能正常工作。有经验表明,为减小Vbias(OP)的误差,取R7为51kΩ,R8为1MΩ也好,此处为了减少元器件种类,我们暂时取100kΩ。
图 3