一、简要说明
设计一个同相比例器,做成实际电路板后,就出现了三个杂散电容:CIN+、CIN-、COUT。
如上图所示,因为CIN-的旁路作用使放大器的高频响应变差,其频带的上限频率约为:fH=1/(2πR2CIN-),若增益电阻R2的阻值较大,上限频率严重下降,同时引入的滞后相位可能引起振荡。
从理论上说,如果要实现10倍同相增益,用10kΩ对1kΩ,就没有用1KΩ对100Ω好。
二、实际应用
反馈电阻的具体取值范围,与电路的放大倍数及运算放大器的输出幅度、输出电流有关。
上图为反相比例放大器,假设所用的运算放大器为LM358,电路的工作电压为±5V。图中的电阻R2为输入电阻,RF为反馈电阻。放大倍数为-(RF/R2),这里的负号“-”表示输出电压与输入电压相位相反。
1、反馈电阻RF为何不能取值过小?
由于在反相比例放大器中,反相输入端(即图中的V-端)为虚地,该端电位非常接近于地电位(与地电位之间的电压差在微伏级),但又不等于地电位,故反馈电阻RF也相当于运算放大器的一个负载。
我们假定RF=10KΩ,运放的输出幅度为3V,则流过RF的电流为3V/10KΩ=0.3mA(这个电流由运放供给。LM358的最大输出电流一般在30mA左右),但是若RF取值为100Ω,输出电压不变时,则流过RF的电流可达30mA,达到了LM358的最大输出电流,此时LM358的输出幅度将降低,并且输出波形发生畸变。由上可见,反馈电阻RF不能取值过小。
2、反馈电阻RF为何不能取值过大?
由于RF决定着电路的放大倍数,在要求放大倍数很高时,若R2不变,想获得高的放大倍数,就要增大RF的阻值,但是其阻值也不能过大。假定R2为100KΩ,要求的放大倍数为100,此时RF将高达10MΩ。这么大的反馈电阻,其精度及稳定性都远不如数十KΩ以内的小电阻,故此时电路放大倍数的精度将受影响(这个在精密测量电路中是不允许的)。
另外,RF取值过大,LM358自身的输入偏置电流在RF上产生的附加失调电压也会显著增大,从而导致输出失调电压增大。可见,RF取值也不能过大。一般情况下,RF选用数百Ω至数十KΩ范围内的电阻较合适。