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大家好,我是硬件微讲堂。这是我的第75篇原创文章。
关于运放,前面聊了3篇:
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?
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
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
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:
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?