反相輸入放大器與生俱來的坑

我們都知道反相放大器能將輸入的信號反相放大,這是很基本的知識,學過電路的一般都知道。反相放大器的公式為Vout = -Vin*Rf/Rin(運算放大器應用匯總)。根據已知的公式,能很輕松的完成設計,但反相放大器與生俱來的有個小缺陷,反相輸入放大器的輸入阻抗不是很高,而我們在電路設計中一般希望放大器的輸入阻抗要高,這樣放大器才不會從信號源吸收電流,才不會影響待放大信號以及對電路的放大結果產生影響。

根據公式,Vout = -Vin*Rf/Rin,可得知放大倍數為10K/1K = 10倍。

下面根據運放“虛短虛斷”的特點來分析下,上圖同相輸入端接地,電位為0,根據運放虛短的特點,運放的3腳同相輸入端和4腳反相輸入端的電位相等,所以4腳反相輸入端的電位也為0電位。電阻Rin的右端相當于連接到0電位,運放等效戴維南電路如下圖:

現在想象一下,我們把整個放大電路看成一個黑盒子(如下圖),我們從Vin這個信號源處往這個黑盒子里面看,從下圖能看出來,這個Rin就決定了反向放大器的輸入阻抗,所以這個反相放大器的輸入阻抗就為Rin = 1K。

因為Rin的存在,導致反相放大器輸入阻抗低,從而導致反相放大器在工作時會對信號源產生影響,從而對放大結果產生影響。常見的信號源Vin,一般都不是理想的電壓源,它會有內阻,假定上圖的這個信號源的內阻為Rz,大小為1K。根據這個修改下原理圖如下:

如上圖,可明顯的看出,信號源內阻Rz和Rin串聯,根據反相放大器公式,Vout = -Vin*Rf/(Rz+Rin),可求得結果為10k/(1k+1k) = 5倍,還記得最開始的計算結果嗎?放大結果不是10倍嗎?對,我們預想的電路是想將輸入信號放大10倍,而現在的結果大相徑庭,誤差足足一倍,而且同樣的電路輸入不同內阻的信號源,也就是Vin的內阻Rz不同的話,放大結果還會不一樣。


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