反比例运放电路-平衡电阻详解

1、前言

在反相比例运算放大电路中，同相端会端接平衡电阻（或直流补偿电阻）。它连接在运放的同相输入端(+)与地之间。

图1.1 反比例运放电路

为了让运放两端的直流等效电阻相等，如图1.1 所示，平衡电阻R' 的阻值应等于反相端所有电阻的并联值：

理想运放输入端没有电流，但实际的运放（特别是双极型晶体管输入的运放）输入端有“输入偏置电流(IB)”。如果没有这个 R'，同相端直接接地，偏置电流产生的误差全部叠加到输出端。

反相端(-)的等效直流电阻为 R1∥Rf。输入偏置电流IB− 流过这个并联电阻，产生一个误差电压：

因为同相端(+)接地为 0V，这个误差电压会被运放放大，导致输出产生巨大的直流偏移。

同相端的偏置电流IB+ 流过 R'，也会产生一个误差电压：

如果我们让 R' = R1∥Rf，那么两端的偏置电流所产生的误差电压就完全相等。

注意：这里我们做了一个重要假设——IB+ = IB−。现实中，这两个电流总有细微差别，它们的差值称为输入失调电流。

这两个相等的电压相当于一个共模信号，而运放拥有极高的共模抑制比（CMRR），会自动将其抵消，从而极大减小输出的直流误差。

若运放是CMOS或JFET输入的（比如TLV9001、OPA320），其输入偏置电流极小（pA级别），产生的误差可以忽略。

若电阻R' 较大，它产生的热噪声直接进入同相端，被放大后严重污染输出信号。对策：在 R' 两端并联一个 0.1μF 的电容到地，可以滤除高频噪声。

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