反相输入放大器与生俱来的坑及其解决

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目录:

一、反相输入放大器的缺点

二、如何解决


一、反相输入放大器的缺点

反相放大器能将输入的信号反相放大,这是一个基本的知识,学过电路的一般都知道。反相放大器的计算公式为Vout = -Vin*Rf/Rin(运算放大器应用汇总一、反相比例运算放大电路)。根据已知的公式,能很轻松的完成设计。但反相放大器与生俱来的有个缺点:输入阻抗低。 而我们在电路设计中一般希望放大器的输入阻抗要尽量高,这样放大器才不会从信号源吸收一部分电流,进而对放大结果产生影响。

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根据公式,Vout = -Vin*Rf/Rin,可得知放大倍数为10K/1K = 10倍。

下面根据运放的“虚短虚断”做定性分析,上图同相输入端接地,电位为0,根据运放虚短的特点,运放的3脚同相输入端和4脚反相输入端的电位相等,所以4脚反相输入端的电位也为0电位。电阻Rin的右端相当于连接到0电位,运放戴维南等效电路如下图:

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如果把整个放大电路看成一个黑盒子(如下图),从Vin信号源处往黑盒子里面看,Rin决定了反向放大器的输入阻抗,所以此反相放大器的输入阻抗就为Rin = 1K。

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因为Rin的存在,导致反相放大器输入阻抗低,从而导致反相放大器在工作时会对信号源产生影响,进而对放大结果产生影响。

常见的信号源Vin会有内阻(非理想)。假定上图的这个信号源的内阻为Rz = 1K。得到如下的仿真图:仿真原文件

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1输入阻抗低Multisim仿真

如上图,信号源内阻Rz和Rin串联,根据反相放大器公式Vout = -Vin*Rf/(Rz+Rin),Vout  = 10k/(1k+1k) = 5倍。

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从仿真图也可以得到验证,输出Vout在Channel B上与信号源Vin在Channel A上的幅值相等。故放大倍数Vout/Vin = Channel B/Channel A = 5倍。

同样的电路输入不同内阻的信号源,也就是信号源Vin的内阻Rz不同的话,放大结果还会不一样。

二、如何解决

其实只要在信号源后面加入电压跟随器即可很好的解决,原因移步:运算放大器应用汇总1三、电压跟随器

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2输入阻抗低的解决

同理可得:放大倍数Vout/Vin = Channel B/Channel A = 10倍。

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若采用如下图的单电源供电,Vout将无输出。因为Vin正向电压时,U1A输出正向电压,U1B无输出;Vin负向电压时,U1A无输出。原因移步:运算放大器应用汇总3三十一、反向电压保护。因此运放在单电源供电应用中要特别留意!

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3-1单电源MCP609

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但是更换MC3033D运放仿真,如下图所示,可以得到双电源的效果,这是不正确的,可能是仿真模型的原因。

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3-2单电源MC3033D

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