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运算放大器反馈电阻数量级如何选择

2018-05-30 15:35 [运算放大] 来源于:电路图之家
导读:对于大多数IC(集成电路),数据手册上都会列出最大电源电流,但人们常常对其测量条件视而不见。对于某些轨到轨输出运算放大器,某些操作可能会导致电源电流比规定的最大值高出2到10倍。 本文探讨在确定最大电源电流时,需要考虑哪些方面;本文的讨论对双极性

 运算放大器在作为放大器使用时,需要在其输出端与反相输入端之间接一个电阻(亦可以是电容或电感,譬如电容测量电路就是接一个电容),这个电阻即为反馈电阻。反馈电阻的具体取值范围与电路的放大倍数及运算放大器的输出幅度、输出电流有关。下面我们详细介绍一下如何选取运算放大器的反馈电阻。

基本的反相比例放大器。
上图为运算放大器构成的反相比例放大器。这里假定所用的运算放大器OPA为LM358,电路的工作电压为±5V。图中的电阻Ri为输入电阻,Rf为反馈电阻。该电路的放大倍数为-(Rf/Ri),这里的负号“-”表示输出电压与输入电压相位相反。该放大器的输入电阻就是Ri的阻值。
 LM358双运放的引脚功能。
 
反馈电阻Rf为何不能取值过小?
 
由于在反相比例放大器中,运算放大器的反相输入端(即图中的V1端)为虚地,该端电位非常接近于地电位(与地电位之间的电压差在微伏级),但又不等于地电位,故反馈电阻Rf也相当于运算放大器的一个负载。
 
我们假定Rf=10KΩ,OPA的输出幅度为3V,则流过Rf的电流为3V/10KΩ=0.3mA(这个电流由OPA供给)。对于LM358这类双极型运算放大器完全可以提供这么大的电流(LM358的最大输出电流一般在30mA左右),但是若Rf取值为100Ω,输出电压不变时,则流过Rf的电流可达30mA,达到了LM358的最大输出电流,此时LM358的输出幅度将降低,并且输出波形发生畸变。由上可见,反馈电阻Rf不能取值过小。
 
反馈电阻Rf为何不能取值过大?
 
由于Rf决定着电路的放大倍数,在要求放大倍数很高时,若Ri不变,想获得高的放大倍数,就要增大Rf的阻值,但是其阻值也不能过大。假定Ri为100KΩ,要求的放大倍数为100,此时Rf将高达10MΩ。这么大的反馈电阻,其精度及稳定性都是远不如数十KΩ以内的小电阻的,故此时电路放大倍数的精度将受影响(这个在精密测量电路中是不允许的)。另外,Rf取值过大,LM358自身的输入偏置电流在Rf上产生的附加失调电压也会显著增大,从而导致输出失调电压增大。可见,Rf取值也不能过大。一般情况下,Rf选用数百Ω至数十KΩ范围内的电阻较合适。
LM358是常用的一款低功耗双运放。其工作电压范围为±1.5~±15V或3~30V,静态电流为0.8mA。