今天在群里有群友問起運算放大器的輸入阻抗怎么計算,便結合仿真與各位同好一起分享一下我對運算放大器輸入阻抗的理解。如有錯誤還請指出。
說起放大器,那么同相比例放大器和反相比例放大器是我們日常工作中最為熟悉不過,且基本是我們用的最多的。那么同相比例放大器和反向比例放大器各有什么優缺點?下圖截自來自網絡上的一則回答,其中就提到了最為關鍵的一點,那么就是輸入阻抗。同相比例放大器的輸入阻抗大,反向比例放大器的輸入阻抗小。
那么首先仿真一個同相比例放大器,他的輸入阻抗幾乎等同于運算放大器的輸入阻抗,趨向于無窮大,看仿真也可以看出,輸入電流無窮小:
那么如果此時在上圖同相比例放大的基礎上做一個小變形,在運算放大器的同相輸入端再加一個分壓電阻,那么會怎么樣呢?輸入阻抗竟然變小了。此時Ri=R1+R2,且此時輸入阻抗不隨反相端的輸入電壓(例如偏置電壓),和放大器的增益(反饋網絡)影響。
所以說,由于這個分壓電阻的存在,導致信號的輸入端到地之間產生了電流,從而導致輸入阻抗降低。那么接著看一下反相比例放大器,反相放大器的輸入電阻相比之下就很小了。下圖的反相比例放大器的輸入阻抗等于R4,且與R3無關,與運算放大器的增益無關。
那么如果此時在同相輸入端增加一個輸入電壓會怎么樣呢?在增加輸入電壓后,可以看到輸入阻抗發生了變化,也就是說,反相比例放大器的輸入阻抗不僅僅與R4這個電阻有關,而且他與同相端的輸入電壓(或者是基準)也是相關的。
所以,對于差分比例放大器而言,同相輸入端的輸入阻抗RiB和反相輸入端的輸入阻抗RiA都很小,他們分別為:
我們都知道,輸出阻抗越小越好,輸入阻抗越大越好,這也就是為什么在某些時候(例如一些電橋,應力測量之類對輸入阻抗有要求的應用場合)需要使用儀表放大器的原因(儀表放大器具有很高的輸入阻抗,且高增益等優點)。
儀表放大器的內部結構基本可以看做一個差分放大器(上文仿真可清晰看出,輸入阻抗和外圍電阻相關,不是很大)和兩個電壓跟隨器的結合體(電壓跟隨器也可以看做一個1:1的同相比例放大器,且輸入阻抗幾乎等同運算放大器的輸入阻抗,很大),便彌補了普通的差分放大器的輸入阻抗小的缺點。
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