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如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)

發(fā)布時間:2024-04-15 來源:德州儀器 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】單片差分放大器是集成電路,包含一個運算放大器(運放)以及不少于四個采用相同封裝的精密電阻器。對需要將差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號同時抑制共模信號的模擬設(shè)計人員而言,它們是非常有用的構(gòu)建塊。例如,圖1所示的INA134目的是用作適合差分音頻接口的線路接收器。


單片差分放大器是集成電路,包含一個運算放大器(運放)以及不少于四個采用相同封裝的精密電阻器。對需要將差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號同時抑制共模信號的模擬設(shè)計人員而言,它們是非常有用的構(gòu)建塊。例如,圖1所示的INA134目的是用作適合差分音頻接口的線路接收器。


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


雖然大多數(shù)設(shè)計人員都感覺這種簡單的構(gòu)件塊用起來非常輕松愜意,但筆者還是發(fā)現(xiàn)在使用它們時有一個方面經(jīng)常被忽視:差分放大器的兩個輸入端具有不同的有效輸入電阻。筆者所說的“有效輸入電阻”指的是由內(nèi)部電阻器阻值和運放的運行產(chǎn)生的輸入電阻。


圖2展示了INA134的典型配置,具有標記的輸入電壓和電流以及內(nèi)部運放輸入節(jié)點處的電壓。


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


 對于每個輸入端,方程式1均將有效輸入電阻詮釋為: 


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


讓我們先從比較容易的部分開始:同相輸入端??磮D2中的示意圖,您會發(fā)現(xiàn)R3和R4是串聯(lián)的。假設(shè)沒有電流進入或離開運放輸入端,那么方程式2計算出的有效輸入電阻僅為:


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


現(xiàn)在,讓我們聚焦反相輸入端。回想一下理想的運放規(guī)則:運放的兩個輸入端應(yīng)始終處于相同的電勢(方程式3):


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


您還可看到R3和R4在同相輸入端形成了一個分壓器。方程式4計算出的運放同相輸入端(VP)電壓為:


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


這為什么很重要呢?哦,因為該電壓可部分決定反相輸入端的有效輸入電阻??紤]到通過R1的電流(IIN(N))等于跨R1的電壓除以其電阻(方程式5):


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


返回到方程式1,用方程式5代替輸入電流,您可得出方程式6 —— 一個可計算出反相輸入電阻的通用方程:


既然您知道反相輸入端的電壓(VN)將等于同相輸入端的電壓(VP),您就可用方程式4代替方程式6中的VN,得出方程式7:


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


注意,反相輸入端的有效輸入電阻實際上取決于兩個輸入端電壓的比率。要了解這如何能影響您的應(yīng)用,請考慮一個例子:在音頻線路接收器應(yīng)用里使用的INA134,其中兩個輸入端的電壓幅值相等但極性相反(方程式8):


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


回過頭看一下方程式2,同相輸入端的有效輸入電阻是相當(dāng)簡單的:


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


不過,兩個輸入端電壓的反相關(guān)系會對反相輸入端的有效輸入電阻產(chǎn)生重大影響(方程式9):


如何計算放大器的輸入電阻(通俗易懂)


反相輸入端的有效輸入電阻是同相輸入端有效輸入電阻的三分之一。因此,在選擇輸入耦合電容器和濾波電路時,您必須考慮到反相輸入端的阻抗較低。此外,任何驅(qū)動差分放大器輸入端的放大器必須能驅(qū)動反相輸入端較低的阻抗。

采用簡單的電路,往往是其運行的最基本方面會在實驗室中惹出麻煩。因此,請勿忽視顯而易見的東西!

來源:德州儀器


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