23 / 32 · 概念
非反相級保留輸入極性
設計相對參考的增益,並區分緩衝器與功率源。
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回授分壓器設定增益
Vin 接到 V+,Rf 從輸出接到 V−,Rg 從 V− 接到 Vref。在理想穩定線性迴路、輸入電流可忽略的情況下,KCL 給出 。此簡單拓樸的訊號與雜訊增益皆為 。隨耦器是直接輸出回授、增益為一的特例。
令 Vref = 1.65 V、Rg = 10 kΩ、Rf = 100 kΩ。增益為 11。感測器輸入 1.67 V 產生理想輸出 1.87 V,比參考高 220 mV。輸入 1.63 V 時,輸出為 1.43 V。因此 ±20 mV 輸入範圍映射至 1.43–1.87 V,位於假設的 0.2–3.1 V 輸出範圍內,並有充足裕度。
負載效應仍然存在
理想非反相輸入電阻無限大,但實際運算放大器有輸入電阻、電容與偏壓電流。源電阻 10 kΩ、偏壓電流 10 nA,可能產生 100 μV 輸入誤差,經增益 11 變成約 1.1 mV 輸出誤差。符號取決於電流方向。此項應與輸入偏移電壓分開計入。
輸出緩衝器提供電壓隔離,但能量來自電源。它無法提供無限負載電流。1.87 V 驅動對地 10 kΩ 時,負載電流為 0.187 mA。驅動 100 Ω 時則為 18.7 mA,是非常不同的元件要求。回授不會讓輸出電流限制消失。
選擇比值與絕對值
將 Rg/Rf 從 10 kΩ/100 kΩ 改為 1 kΩ/10 kΩ,保留理想增益,卻增加回授網路電流,並改變雜訊與偏壓電流效應。此輸入下,流過 Rg 的電流為 (1.67 − 1.65)/10 kΩ = 2 μA。保留連接表,並區分流向參考與流向負載的電流。
參考必須能處理這些回授電流。ADI 的單電源偏壓應用說明 解釋實務參考與去耦考量。
自己試試看
非反相放大器需要增益 6。Rg = 10 kΩ 時選擇 Rf,並求 Vref = 1.65 V、Vin = 1.70 V 時的輸出。
查看解說
Rf = (6 − 1) × 10 kΩ = 50 kΩ。在理想線性假設下,Vo = 1.65 + 6 × 0.05 = 1.95 V。