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        淺析運(yùn)算放大器中的平衡電阻

        2019-11-16 05:38:32尹文青梅瓊肖運(yùn)昌
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2019年15期
        關(guān)鍵詞:高質(zhì)偏置電阻

        尹文青 梅瓊 肖運(yùn)昌

        摘? ?要:運(yùn)算放大器是數(shù)字電子電路中非常重要的物理器件之一。對于運(yùn)算放大器的輸入端,為了調(diào)節(jié)其中電壓所引起的不匹配情況,需要接入平衡電阻。平衡電阻對于運(yùn)算放大器正常、高質(zhì)、有效的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。本文就運(yùn)算放大器中平衡電阻的產(chǎn)生原因、形成過程及相關(guān)物理效應(yīng)作全面解析,通過詳細(xì)敘述和推導(dǎo),以圖闡明平衡電阻的作用和意義。

        關(guān)鍵詞:運(yùn)算放大器? 平衡電阻

        中圖分類號:TN 722? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2019)05(c)-0076-02

        運(yùn)算放大器簡稱運(yùn)放,主要應(yīng)用于電子科技行業(yè)。目前市場上存在的運(yùn)算放大器類型主要分為通用型、高阻型、低溫漂型、高速型、低功耗型、高壓大功率型和可編程控制型等。運(yùn)算放大器由于本身結(jié)構(gòu)的原因在輸入端產(chǎn)生失調(diào)電壓,不同類型的運(yùn)算放大器對失調(diào)電壓的要求也存在區(qū)別:例如交流音頻放大器對失調(diào)電壓的大小不作限制,此種類型的運(yùn)算放大器無需進(jìn)行特殊處理即可滿足功能需求;另外一些偏置電流很小的放大器亦無需進(jìn)行處理;除此之外,大部分運(yùn)算放大器均需特殊處理,以此迎合工藝要求的提高和放大倍數(shù)精度的提升,因此在運(yùn)放的理論和實踐處理中,有必要引入平衡電阻的調(diào)節(jié)。

        如所周知,失調(diào)電壓會影響運(yùn)算放大器高質(zhì)有效的運(yùn)行。而平衡電阻的介入,則可以使集成運(yùn)放兩輸入端的對地直流電阻相等,從而達(dá)到其偏置電流的抵消,進(jìn)而抑制附加產(chǎn)生的不匹配電壓,從根本上消除失調(diào)電壓。為探討平衡電阻選取的原因和方法,本文針對運(yùn)算放大器的基本原理、作用功效及處理過程進(jìn)行深入學(xué)習(xí),并在此基礎(chǔ)上對平衡電阻進(jìn)行分析。

        1? 平衡電阻產(chǎn)生的原因

        從晶體管的運(yùn)行方式和工作效應(yīng)來看,促使平衡電阻產(chǎn)生并存在的原因可歸結(jié)為如下4個方面。

        (1)晶體管內(nèi)部缺乏合適的靜態(tài)偏置電壓:運(yùn)算放大器作為芯片的重要組成部分,通常需要為內(nèi)部晶體管提供靜態(tài)偏置電壓。在一般情況下,電路是直接耦合的,滿足自動調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的要求;但在非正常運(yùn)行情況下(如引腳直接接地或電源時),自動調(diào)節(jié)功能將被破壞,無法對電源電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),此時不能滿足虛短、虛斷的要求,而平衡電阻的引入可對該情況進(jìn)行有效的改善。

        (2)輸入阻抗不匹配引起放大倍數(shù)不準(zhǔn):在運(yùn)算放大器中,經(jīng)常出現(xiàn)輸入阻抗不匹配的情況,輸入阻抗不匹配會引起電磁波在電路里反射,該反射將導(dǎo)致傳輸效率的降低和電路性能的下降(尤其在高頻回路中,此現(xiàn)象尤為明顯),因此運(yùn)放電路中合適的阻抗匹配不可或缺。

        (3)回路中偏置電流的存在:輸入端存在失調(diào)電流,電流流過電阻會造成誤差,從而進(jìn)一步影響元件的精密性。引入平衡電阻可使運(yùn)放同相和反相輸入端阻抗相等,以便“預(yù)定”兩個輸入端“相等”的偏置電流產(chǎn)生壓降也相等,起到相互抵消的作用,從而消除失調(diào)電壓。

        (4)回路電壓過高導(dǎo)致的運(yùn)算放大器燒毀:運(yùn)算放大器的同相放大電路如不接平衡電阻,在發(fā)生回路故障時將有可能損壞運(yùn)放,燒毀運(yùn)算放大器,但加入平衡電阻能起到分壓作用,從而消除此類現(xiàn)象的發(fā)生。

        從以上可以看出,平衡電阻的引入對于運(yùn)放高質(zhì)有效的運(yùn)行有著重要的作用。

        2? 平衡電阻的作用和意義

        運(yùn)算放大器平衡電阻的接入,可使集成運(yùn)放兩輸入端的對地直流電阻相等,運(yùn)放的偏置電流不會產(chǎn)生附加失調(diào)電壓。一旦消除失調(diào)電壓,運(yùn)放的放大倍數(shù)可無限精確,有利于集成電路的進(jìn)一步發(fā)展。下面我們以反相放大器來說明平衡電阻的作用和意義。

        如圖1所示的運(yùn)算放大器,在輸入為零時,若為理想運(yùn)放,則有。但實際情況中,運(yùn)算放大器存在失調(diào)電壓VB和失調(diào)電流IB。若定義輸入偏置電流為IS,依據(jù)失調(diào)電流和輸入偏置電流的關(guān)系則存在:

        對于上式,當(dāng)且僅當(dāng)R2=R1//Rf時,才有,亦即此時由輸入偏置電流IS所產(chǎn)生的失調(diào)電壓才會為零??梢钥闯?,平衡電阻的意義在于通過平衡電阻的改變來調(diào)節(jié)輸入和反饋電阻的匹配,從而達(dá)到抑制偏置電流的效果。由此根據(jù)平衡電阻的產(chǎn)生原因、電阻取值及存在意義進(jìn)行理論推導(dǎo),可知僅當(dāng)平衡電阻R2=R1//Rf時,才能起到平衡抑制的作用。

        3? 結(jié)語

        本文主要討論了促使平衡電阻產(chǎn)生和存在的四個原因,并在理論推導(dǎo)、形成過程及物理效應(yīng)等方面作全面解析,全方位的說明了平衡電阻的意義和作用,為運(yùn)算放大器的運(yùn)行機(jī)制提供了可靠的理論支撐,有利于從根本上理解平衡電阻的作用及存在原因,該理解對運(yùn)放類電子器件的研究和應(yīng)用具有重要參考意義。

        參考文獻(xiàn)

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