面包芯语

反相放大电路中运放V+引脚串联一个电阻有什么用？是画蛇添足吗？

原创 硬件那点事儿 2024-10-12 12:34
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Part 01

前言

反相放大电路是一种基础的运算放大电路，可以对输入信号进行放大并反相输出。它的核心组件是运算放大器，常用于信号处理、滤波等应用。它有以下几个基本组成部分：

1.输入电阻Rin：连接输入信号Vin和运算放大器的反相输入端（-）。

2.反馈电阻Rf：连接运算放大器的输出端和反相输入端之间。

3.同相输入端：接地或接到固定电位，这样保证了反相输入端成为虚地。

问题是我们实际在设计电路时经常会发现，运放V+同相输入端不是直接连到GND，而是通过一个电阻连接到GND，这样问题就来了，无论运放V+同相输入端是通过电阻连到GND，还是直接连到GND，都不影响运放V+同相输入端的电位是0V，那这个电阻R3是多此一举吗？还有必要放吗？


Part 02

原因分析

之前的文章我们其实已经分析过了，这个电阻是为了解决运放偏置电流引起的输入失调电压，感兴趣可以翻一下，这里简单说明一下：

输入偏置电流可以被电路中的电阻转换为电压，并与信号一起放大。如果电路本身的增益比较大，那么即使是纳安级别的失调电流，也是可能会被放大到毫伏甚至伏特级别，从而导致电路中输出错误。那么我们如何解决这个问题呢？就是通过V+同相输入端的电阻来解决的。

下面是考虑运放输入偏置电流后得到的运放输出电压表达式，当IB1=IB2时，如果R3=R1||R2时，那么后面括号中的失调项就等于0，就解决了运放偏置电流引起的偏差，那问题真的这么容易被解决吗？


Part 03

注意事项

上面的分析我们需要注意到一个重要前提是当输入偏置电流IB1=IB2时，通过增加R3才有用，但实际上运放的输入偏置电流一般是不同的，是有偏差的，所以IB1一般不等于IB2，如果IB1和IB2相差比较大，我们增加电阻R3不仅没用，还会有副作用，因为这会导致括号中的值变得更大。
另外需要注意的是我们知道运放分为双极型和CMOS型，双极型运放的偏置电流比较大，CMOS型运放的偏置电流比较小，对应偏置电流引起的失调电压也比较小，当CMOS型运放如果用于高放大倍数的电路配置中，此时如果我们增加R3匹配电阻的话，R3匹配电阻阻值也会比较大，电阻阻值过大会引入额外的噪声，此时用R3导致增加的噪声电压比不用甚至更大，所以用不用R3做匹配电阻还要考虑运放类型以及电路的放大倍数。

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