为什么在运放输入的隔直电容后面加一个电阻?

电器工程 运算放大器 电容器 耦合
2022-01-29 03:01:18

我在某处读到,添加 R2 可提供直流接地,但这会降低运算放大器的整体输入阻抗。运算放大器的输入阻抗必须很高。如何解决这个问题呢?输入端有R和C的放大器手绘电路图

4个回答

运算放大器输入引脚具有较小的偏置电流。在您的示例中如果没有 R2,电容器将逐渐充电或充电,最终使引脚变为 V+ 或 V-,并且电路将不再按预期工作。

我在某处读到 R2 添加提供直流接地,但这会降低 op-apm 的整体输入阻抗。

是的,因此了解对电路的影响很重要。

运算放大器的I/p阻抗必须很高。如何解决这个问题?

不太对。运算放大器的输入阻抗设计高。它不会反对连接到相当低的电阻。例如,如果运算放大器用于测量电流分流器上的电压降,则电阻可能 << 1 Ω。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

图 1. R1 允许 OA1 测量通过 R1(一个 0.1 Ω 电流分流器)的电流。

运算放大器的输入必须有一个直流路径,以便偏置电流流动。

您可以在下面的双极运算放大器输入级示例中看到,必须有连续的基极电流流动:

在此处输入图像描述

流入电容器的连续电流会导致电容电压上升,直到达到某个饱和极限,因此如果没有直流路径,您可能会为输入供电。

因此,您可以直流耦合输入,使用反馈电阻提供偏置电流路径的反相配置,或交流耦合到运算放大器的非反相输入,并为偏置电流提供接地电阻或偏置电压。

如果你有一个 FET 输入运算放大器,你可以使用一个非常大的电阻来提供你的 DC 路径,从而保持高输入阻抗。

为什么要与电容器一起添加电阻以阻止非反相交流运算放大器的输入电压的直流分量?

运算放大器的输入必须具有直流路径,以允许偏置电流流动并设置所需的直流工作点。如果您不提供 DC 路径,那么可能的结果是 DC 输入电压将漂移到可接受的共模输入范围之外,并且您的放大器将无法工作。

运算放大器的I/p阻抗必须很高。如何解决这个问题?

您有两个主要选择。每个都有缺点。

  1. 使用更大的电阻。这里的缺点是增加电阻会增加由放大偏置电流引起的输出误差。
  2. 使放大器链的第一级直流耦合。这里的缺点是直流偏置电流将从您的外部源中汲取(如果无法汲取,您将回到原来的问题)

选择正确的运算放大器会有很大帮助。例如,LTC1052 的输入偏置电流最大为 30pA。因此,即使使用 1GΩ 输入电阻,偏置电流也只会给您最大 30 mV 的输入电压误差(输出误差将取决于增益)。

请注意,如果您开始使用千兆欧电阻,则需要确保您的电路非常干净。

实际上,输入电阻器提供直流返回路径非常重要,这样偏置电流不会最终对电容器充电,从而将 (+) 输入端的电压移出运算放大器的范围。

然而,电阻器的另一个作用是它确定了一个独立于运算放大器选择的具体输入阻抗。如果我们实例化R1作为一个10kΩ电阻,那么基本上该值就是输入的输入阻抗。(基于假设运算放大器输入的输入阻抗Rbig如此之高以至于Rbig||R1R1: 我们说价值R1“沼泽”(压倒性的)Rbig.

如果我们不为输入级确定具体的输入阻抗,那么输入级将受特定运算放大器部分的支配。它可能是一百万欧姆,一千万,一亿:数量级的变化。

一个小问题可能是阻抗过高。也许驱动级的电路具有最低负载要求;有这样的电路。

阻抗的变化意味着阻抗和我们的耦合电容 C 的 RC 乘积是未知的。这是一个问题,因为输入级构成了一个高通滤波器。如果我们不知道电容后面的阻抗,我们就不知道这个滤波器的拐点频率是多少。

通过设计具有特定值的输入电阻器和电容器,我们获得了可预测的行为,我们根据电路要求证明了这种行为,并且不会随着运算放大器部分的变化而改变。

的大小R1也对噪音有影响。那里没有任何电阻,输入阻抗非常高,这意味着电压变化(信号)只会导致非常微小的电流变化。反过来看,这意味着只需很少的电流即可将电压信号驱动到高阻抗输入。这意味着这种情况容易受到电压噪声的影响。不受任何严重电流“支持”的电压噪声源能够叠加在输入信号上。如果我们用合适的方法降低输入阻抗R1,我们赋予驱动装置优于电压噪声源的优势。驱动装置背后有电流源,可以克服没有电流支持的电压噪声。