反相放大器的输入阻抗说明

电器工程 运算放大器 放大器 阻抗
2022-01-18 07:10:58

以标准反相放大器为例: 我不清楚输入阻抗是多少。一开始我以为是反相输入到地的等效电阻,就是Rin || Rf,因为在 Vin 和 Vout 的另一侧以及运算放大器的输出内部都有接地。然而,互联网上的大多数消息来源似乎都声称输入阻抗为 Vi/Ii,因此将其设为 Rin。这似乎忽略了反馈线连接到其他接地的事实。然后有这样的答案提到输入阻抗是无穷大的。我希望弄清楚输入阻抗代表什么的明确定义以及在更复杂的电路中计算它的[简要]通用方法。谢谢!

我阅读了大量类似这个答案和其他内容的页面,但在我的初学者水平上,很难提取出明确的答案。

3个回答

当我们谈论电路的输入电阻时,我们描述的是它如何影响提供输入信号的其他电路。

具体来说,我们想知道,为了将输入电流改变i安培,我们需要改变多少输入电压?这就是为什么输入电阻根据定义为 \$ \dfrac{\mathrm{d}v_i}{\mathrm{d}i_i}\$。

那么这个电路的输入电阻是多少呢?

关键是,在这种配置中,只要我们避免使运放输出饱和,运放的反相输入就是虚地电路中的反馈使该节点保持在 0 V。所以无论我们想要什么输入电流,根据欧姆定律,所需的输入电压是 \$\mathrm{R_{in}}\times{}i_{i}\$ . 因此输入电阻为 R in

然后有这样的答案提到输入阻抗是无穷大的。

这个答案是关于运算放大器的输入电阻,它被认为是理想的,而不是整个电路的输入电阻。

Photon的回答是绝对正确的:理想运放等,输入阻抗是Rin。

在更一般的电路中,即使是具有非线性元件(如晶体管)的电路,输入阻抗也是一个小信号(线性化)、频率相关的量。这很重要,因为它可以告诉设计人员前一级的输出阻抗和下一级的输入阻抗之间的负载效应。计算输入阻抗(或输出阻抗)的一般方法是向输入节点 (di) 注入小电流,然后查看输入节点 (dv) 的电压变化。或者,等效地,施加一个小电压 (dv) 并查看测试电压源产生的电流 (di)。然后计算 (dv/di)。为了完全清楚这是怎么回事,看看我对如何计算输入阻抗的回答,我演示了如何使用电路仿真程序通过在输入端添加测试电压源并绘制自定义表达式来计算和绘制输入阻抗。希望看到电压源 V1(或在您的情况下为 Vin)字面上作为电压源绘制将清楚如何设置手动计算!

Ri的定义是Vi/Ii。Rf 连接在输出节点和虚拟地之间,基本上是一个独立的电路。它不涉及输入。你说的是对的;Ri 是输入的等效电阻,但等于 Rin,而不是 Rin || 射频。

至于“其他理由”,只有一个理由。接地仅意味着 V = 0。在电路分析方面,您可以将“真实”接地和“虚拟”接地视为一回事。

我想对输入电阻实际上是什么以及它为什么重要添加一个直觉。输入电阻 Ri 是 vi 和地之间的等效电阻。换句话说,如果将 vi 应用于放大器,或将 vi 应用于接地的 Ri,则在两种情况下流过 vi 的电流相同。因此Ri=vi/ii

至于为什么它很重要,真正的信号源不仅有 vi,而且还附有一个信号电阻 Rs。将信号源连接到反相放大器后,输入电压 vi 将是 Rs 和 Rin 之间的节点电压。通常,如果您查看等效电路,则输入电阻是 vi 和接地之间的总等效电阻。因此,如果您查看分压器规则,Vi=Vs•Ri/(Ri+Rs) 这意味着输入电阻越高,您在输入端获得的信号越多。

请记住 Ri=vi/ii,而不是 Vs/ii。在第二种情况下,Ri 将取决于信号源电阻,但情况并非如此。