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差分放大器的輸入阻抗

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:網(wǎng)友電子設(shè)計(jì)發(fā)布 ? 作者:網(wǎng)友電子設(shè)計(jì)發(fā)布 ? 2021-11-24 09:18 ? 次閱讀
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單片差分放大器集成電路,包含一個(gè)運(yùn)算放大器(運(yùn)放)以及不少于四個(gè)采用相同封裝的精密電阻器。對(duì)需要將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)同時(shí)抑制共模信號(hào)的模擬設(shè)計(jì)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。

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

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

對(duì)于每個(gè)輸入端,方程式1均將有效輸入電阻詮釋為:

讓我們先從比較容易的部分開(kāi)始:同相輸入端??磮D2中的示意圖,您會(huì)發(fā)現(xiàn)R3和R4是串聯(lián)的。假設(shè)沒(méi)有電流進(jìn)入或離開(kāi)運(yùn)放輸入端,那么方程式2計(jì)算出的有效輸入電阻僅為:

現(xiàn)在,讓我們聚焦反相輸入端?;叵胍幌吕硐氲倪\(yùn)放規(guī)則:運(yùn)放的兩個(gè)輸入端應(yīng)始終處于相同的電勢(shì)(方程式3):

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

這為什么很重要呢?哦,因?yàn)樵撾妷嚎刹糠譀Q定反相輸入端的有效輸入電阻。考慮到通過(guò)R1的電流(IIN(N))等于跨R1的電壓除以其電阻(方程式5):

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(gè)可計(jì)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:

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

回過(guò)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(jiǎn)單的:

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

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(shí),您必須考慮到反相輸入端的阻抗較低。此外,任何驅(qū)動(dòng)差分放大器輸入端的放大器必須能驅(qū)動(dòng)反相輸入端較低的阻抗。

采用簡(jiǎn)單的電路,往往是其運(yùn)行的最基本方面會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中惹出麻煩。因此,請(qǐng)勿忽視顯而易見(jiàn)的東西!

責(zé)任編輯:haq

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