對電阻使用的經驗法則說不

2019-03-22 12:28:52 來源:ADI
來源:ADI 作者:Harry Holt

按照許多年前老師的教導,我們會在運算放大器的兩個輸入端放上相等的阻抗。本文探究為什么會有這么一條經驗法則,以及我們是否應當遵循這種做法。

老師的教導

如果您是在741運算放大器1橫行天下的時代長大的,那么平衡運算放大器輸入端電阻的觀念必定已扎根在您的頭腦中。隨著時間的流逝,由于不同電路技術和不同IC工藝的出現,這樣做可能不再是對的。事實上,它可能引起更大直流誤差和更多噪聲,使電路更不穩定。我們以前為什么要那樣做?什么變化導致我們現在這樣做可能是錯誤的?

在二十世紀六十年代和七十年代,第一代運算放大器采用普通雙極性工藝制造。為獲得合理的速度,差分對電流源電流一般在10 μA到20 μA范圍內。

而β值為40到70,故輸入偏置電流在1 μA左右。然而,晶體管匹配度不是那么高,所以輸入偏置電流不相等,導致輸入偏置電流之間有10%到20%的偏差(稱為"輸入失調電流")。

在同相接地輸入端增加一個與輸入電阻R1和反饋電阻R2的并聯組合相等的電阻(圖1中的R3),可以讓阻抗相等。做一些計算可以證明,誤差降至Ioffset × Rfeedback。由于Ioffset為Ibias的10%到20%,所以這會有助于降低輸出失調誤差。

圖1. 經典反相放大器

直流誤差

為降低雙極性運算放大器的輸入偏置電流,許多運算放大器設計集成了輸入偏置電流消除功能。OP07就是一個例子。輸入偏置電流消除功能的增加2使偏置電流大大降低,但輸入失調電流可能為剩余偏置電流的50%到100%,所以增加電阻的作用非常有限。某些情況下,增加電阻反而可能導致輸出誤差提高。

噪聲

電阻熱噪聲的計算公式為√4kTRB,故1 kΩ電阻會有4 nV/√Hz的噪聲。增加電阻會增加噪聲。在圖2中,出人意料的是,雖然909 Ω補償電阻是值最低的電阻,但由于從該節點到輸出端的噪聲增益,它給圖2輸出端貢獻的噪聲最多。R1引起的輸出噪聲為40 nV/√Hz,R2為12.6 nV/√Hz,R3為42 nV/√Hz。因此,請勿使用電阻。另一方面,如果運算放大器采用雙電源供電,并且一個電源先于另一個電源上電,那么ESD網絡可能發生閂鎖問題。這種情況下,可能希望增加一定的電阻來保護器件。但若使用的話,應在電阻上放置一個旁路電容以減少電阻的噪聲貢獻。

2. 噪聲分析

穩定性

所有運算放大器都有一定的輸入電容,包括差分和共模。如果運算放大器連接為跟隨器,并且在反饋路徑中放入一個電阻以平衡阻抗,那么系統可能容易發生振蕩。原因是:大反饋電阻、運算放大器的輸入電容和PC板上的雜散電容會形成一個RC低通濾波器(LPF)。此濾波器會引起相移,并降低閉環系統的相位裕量。如果降低得太多,運算放大器就會振蕩。一位客戶在一個1 Hz Sallen-Key低通濾波器電路中使用AD8628 CMOS運算放大器。由于轉折頻率較低,電阻和電容相當大(參見圖3)。輸入電阻為470 kΩ,所以客戶在反饋路徑中放入一個470 kΩ電阻。此電阻與8 pF的輸入電容(參見圖4)一起提供一個42 kHz極點。AD8628的增益帶寬積為2 MHz,因此它在42 kHz仍有大量增益,它發生了軌到軌振蕩。把470 kΩ電阻換成0 Ω跳線即解決了問題。因此,反饋路徑中應避免使用大電阻。這里,何者為大取決于運算放大器的增益帶寬。對于高頻運算放大器,例如增益帶寬超過400 MHz的ADA4817-1,1 kΩ反饋電阻就稱得上是大電阻。務必閱讀數據手冊以了解其中的建議。

圖3. 您所見

 

圖4. 電子所見

結語

多年來的實踐會產生一些有用的經驗法則。審核設計時,仔細檢視這些規則,判定它們是否仍然適用是很好的做法。關于是否需要增加平衡電阻,如果運算放大器是帶有輸入偏置電流消除功能的CMOS、JFET或雙極型,那么很可能不需要添加。

推薦

最近ADI網站推出了:《模擬電路之信號處理寶典》叢書限時下載

內容摘要如下:

信號處理電路大家經常會遇到,它們雖然很常用,但卻常常雜亂無章。而 "新概念模擬電路"系列第四本《信號處理電路》就將不同信號處理電路的分類,從各項定義到電路的改進與應用都非常詳細地理清了;并且還通過對不同電路內部芯片的拆分,將其中的電路邏輯分析得十分詳細透徹。

相信本書中作者的技術范兒和清新的文字風能讓你一見傾心。而通過對本書知識認真的學習,您將在知識理論和實踐中做到真正的得心應手,游刃而有余。模擬大神,就差你了。

點擊下載

  1. EETOP 官方微信

  2. 創芯大講堂 在線教育

  3. 創芯老字號 半導體快訊

相關文章

全部評論

  • 最新資訊
  • 最熱資訊
@2003-2021 EETOP

京ICP備10050787號   京公網安備:11010502037710

X
免费大片一级a一级久久