反相放大電路中運放V+引腳串聯一個電阻有什么用？是畫蛇添足嗎？

原創硬件那點事兒 2024-10-12 12:34

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Part 01

前言

反相放大電路是一種基礎的運算放大電路，可以對輸入信號進行放大并反相輸出。它的核心組件是運算放大器，常用于信號處理、濾波等應用。它有以下幾個基本組成部分：

1.輸入電阻Rin：連接輸入信號Vin和運算放大器的反相輸入端（-）。

2.反饋電阻Rf：連接運算放大器的輸出端和反相輸入端之間。

3.同相輸入端：接地或接到固定電位，這樣保證了反相輸入端成為虛地。

問題是我們實際在設計電路時經常會發現，運放V+同相輸入端不是直接連到GND，而是通過一個電阻連接到GND，這樣問題就來了，無論運放V+同相輸入端是通過電阻連到GND，還是直接連到GND，都不影響運放V+同相輸入端的電位是0V，那這個電阻R3是多此一舉嗎？還有必要放嗎？

Part 02

原因分析

之前的文章我們其實已經分析過了，這個電阻是為了解決運放偏置電流引起的輸入失調電壓，感興趣可以翻一下，這里簡單說明一下：

輸入偏置電流可以被電路中的電阻轉換為電壓，并與信號一起放大。如果電路本身的增益比較大，那么即使是納安級別的失調電流，也是可能會被放大到毫伏甚至伏特級別，從而導致電路中輸出錯誤。那么我們如何解決這個問題呢？就是通過V+同相輸入端的電阻來解決的。

下面是考慮運放輸入偏置電流后得到的運放輸出電壓表達式，當IB1=IB2時，如果R3=R1||R2時，那么后面括號中的失調項就等于0，就解決了運放偏置電流引起的偏差，那問題真的這么容易被解決嗎？

Part 03

注意事項

上面的分析我們需要注意到一個重要前提是當輸入偏置電流IB1=IB2時，通過增加R3才有用，但實際上運放的輸入偏置電流一般是不同的，是有偏差的，所以IB1一般不等于IB2，如果IB1和IB2相差比較大，我們增加電阻R3不僅沒用，還會有副作用，因為這會導致括號中的值變得更大。

另外需要注意的是我們知道運放分為雙極型和CMOS型，雙極型運放的偏置電流比較大，CMOS型運放的偏置電流比較小，對應偏置電流引起的失調電壓也比較小，當CMOS型運放如果用于高放大倍數的電路配置中，此時如果我們增加R3匹配電阻的話，R3匹配電阻阻值也會比較大，電阻阻值過大會引入額外的噪聲，此時用R3導致增加的噪聲電壓比不用甚至更大，所以用不用R3做匹配電阻還要考慮運放類型以及電路的放大倍數。

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