如果运算放大器不提供平衡电阻

如果您在741运算放大器中长大,它会钻入您的头部以平衡运算放大器输入所见的电阻。随着时间的流逝,采用不同的电路技术和不同的IC工艺可能不是正确的选择。实际上,它可能导致更多的DC误差,更多的噪声和更多的不稳定性。为什么我们要开始这样做,并且发生了什么变化,以致于今天可能不是正确的选择。

在1960年代和1970年代,*一代运算放大器采用普通的香草双极工艺制造。为了获得合理的速度,差分对尾电流通常在10μA至20μA的范围内。因此,β为40至70时,输入偏置电流约为1微安。

但是,晶体管的匹配距离还不够,因此输入偏置电流不相等,导致输入偏置电流(称为输入失调电流)的差异为输入偏置电流的10%至20%。

通过在同相接地输入端增加一个电阻,使其等于输入电阻器和反馈电阻器的并联组合,可以使阻抗相等。进行一些代数运算,可以证明误差减小为I offset ×R feedback。因为我偏移为10%至我的20%的偏差,这将有助于降低输出偏移误差。

如果运算放大器不提供平衡电阻

直流误差

为了减少双极性运算放大器的输入偏置电流,许多运算放大器设计都集成了输入偏置电流消除功能。可以在OP07中找到一个示例。增加输入偏置电流消除后,偏置电流会大大降低,但输入失调电流可能是剩余偏置电流的50%至100%,因此添加电阻的影响很小。在某些情况下,添加电阻可能会导致输出误差实际上增加。

噪声

电阻的热噪声由√4kTRB给出,因此1kΩ电阻将为4 nV /√Hz。添加电阻会增加噪声。令人惊讶的是,在图2中,即使909Ω补偿电阻由于从该节点到输出的噪声增益而为*低值,但在图2输出处却贡献了*大的噪声。R1引起的输出噪声为40 nV /√Hz,R2为12.6 nV /√Hz,R3为42 nV /√Hz。因此,请勿使用电阻。

另一方面,如果运算放大器由分开的电源供电,并且一个电源先于另一个电源供电,则ESD网络可能存在闩锁问题,在这种情况下,可能需要增加一些电阻来保护那个部分。但是,如果使用了旁路电阻,则应在电阻两端放置一个旁路电容,以减少电阻的噪声影响。

稳定性

所有运算放大器均具有一定的输入电容,包括差模和共模。如果运算放大器作为跟随器连接,并且通过在反馈路径中放置一个电阻来平衡阻抗,则系统可能会变得容易振荡。原因是使用大的反馈电阻器,运算放大器的输入电容以及PC板上的杂散电容,就形成了RC低通滤波器(LPF)。该滤波器会引起相移,并会减小闭环系统的相位裕度。如果减小太多,则运算放大器会振荡。

某客户在1 Hz Sallen-Key低通滤波器电路中使用AD8628 CMOS运算放大器。由于转折频率较低,因此电阻和电容相当大(见图3)。输入电阻为470kΩ,因此客户在反馈中输入了470kΩ。该电阻与八微微法拉的输入电容(见图4)相结合,为客户提供了一个42 kHz的极点。

AD8628的增益带宽积为2 MHz,因此在42 kHz时仍具有足够的增益,并且在轨至轨之间振荡。将470kΩ电阻器更改为0Ω跳线可以解决此问题。因此,应避免在反馈中使用大电阻,而大电阻取决于运算放大器的增益带宽。对于增益带宽超过400 MHz的高频运算放大器(例如ADA4817-1),1kΩ反馈将很大。请始终阅读数据手册以获取建议。

摘要

多年以来,发展出了达到目的的经验法则。在进行设计审查时,优秀仔细查看这些规则并查看它们是否仍然适用。关于添加平衡电阻,如果运算放大器是具有输入偏置电流消除功能的CMOS,JFET或双极型,则可能不需要一个。

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