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同相级保持输入极性
设计相对于参考点的增益,并区分缓冲器与功率源。
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反馈分压器设置增益
Vin 接 V+,Rf 从输出接 V−,Rg 从 V− 接 Vref。理想稳定线性环路、输入电流可忽略时,KCL 得到 。这个简单拓扑的信号增益和噪声增益均为 。输出直接反馈、增益为一时,就是跟随器这一特殊情况。
设 Vref = 1.65 V、Rg = 10 kΩ、Rf = 100 kΩ,增益为 11。传感器输入 1.67 V 时,理想输出为 1.87 V,高于参考 220 mV。输入为 1.63 V 时,输出为 1.43 V。因此 ±20 mV 输入范围映射到 1.43–1.87 V,位于假定的 0.2–3.1 V 输出范围内,并具有充分余量。
负载效应仍然存在
理想同相输入电阻无限大,但真实运放具有输入电阻、电容和偏置电流。源电阻 10 kΩ、偏置电流 10 nA 可能产生 100 μV 输入误差,经增益 11 变为约 1.1 mV 输出误差。符号取决于电流方向。应将此项与输入失调电压分开。
输出缓冲提供电压隔离,但能量来自它的电源。它不能提供无限负载电流。1.87 V 驱动对地 10 kΩ 时,负载电流为 0.187 mA。驱动 100 Ω 时为 18.7 mA,对器件要求截然不同。反馈不会让输出电流限制消失。
同时选择比例和绝对值
将 Rg/Rf 从 10 kΩ/100 kΩ 改为 1 kΩ/10 kΩ,理想增益不变,但反馈网络电流增加,噪声和偏置电流效应也改变。此输入下,Rg 电流为 (1.67 − 1.65)/10 kΩ = 2 μA。保留连接表,区分流向参考的电流与流向负载的电流。
参考必须能处理这些反馈电流。ADI 单电源偏置应用笔记解释了实际参考和去耦考虑。
自己试试
同相放大器需要增益 6。Rg = 10 kΩ 时,选择 Rf;Vref = 1.65 V、Vin = 1.70 V 时求输出。
阅读解释
Rf = (6 − 1) × 10 kΩ = 50 kΩ。理想线性假设下,Vo = 1.65 + 6 × 0.05 = 1.95 V。