運(yùn)算放大器中，在輸入端放上相等的阻抗一定是對的嗎？

作為工程師都知道741運(yùn)算放大器吧，那應(yīng)該經(jīng)常聽到平衡運(yùn)算放大器輸入端電阻。但是在運(yùn)算器的兩個(gè)輸入端放上相等的阻抗一定是對的嗎？

在二十世紀(jì)六十年代和七十年代，第一代運(yùn)算放大器采用普通雙極性工藝制造。為了獲得合理的速度，差分對尾電流一般在10μA 到20μA范圍內(nèi)。而β值為40到70，故輸入偏置電流在1μA左右。

然而，晶體管匹配度并不那么高，所以輸入偏置電流不相等，導(dǎo)致輸入偏置電流之 間有10%到20%的偏差（稱為“輸入失調(diào)電流”）。

在同相接地輸入端增加一個(gè)與輸入電阻R1和反饋電阻R2的并聯(lián)組 合相等的電阻（下圖的R3），可以讓阻抗相等。通過一些計(jì)算可以證明，誤差降至L(offset) × R(feedback)。由于I(offset)為I(bias)的10%到20%，這將有助于降低輸出失調(diào)誤差。

直流誤差

為降低雙極性運(yùn)算放大器的輸入偏置電流，許多運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成了輸入偏置電流消除功能，OP07就是一個(gè)例子。

輸入偏置電流消除功能的增加使偏置電流大大降低，但輸入失調(diào)電流可能為剩余偏置電流的50%到100%，所以增加電阻的作用非常有限。某些情況下，增加電阻反而可能導(dǎo)致輸出誤差提高。

噪聲

電阻熱噪聲的計(jì)算公式為√4kTRB，故1kΩ電阻會有4 nV/√Hz的噪聲。 增加電阻會增加噪聲。

在下圖，雖然909Ω補(bǔ)償電阻是值最低的電阻，但由于從該節(jié)點(diǎn)到輸出端的噪聲增益，它給輸出端貢獻(xiàn)的噪聲最多。

R1引起的輸出噪聲為40 nV/√Hz，R2為12.6 nV/√Hz，R3為42nV/√Hz。因此，不能使用電阻。

另一方面，如果運(yùn)算放大器采用雙電源供電，并且一個(gè)電源先于另一個(gè)電源上，那么ESD網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生閂鎖問題。

這種情況下，可能需要增加一定的電阻來保護(hù)器件。但若使用的話，應(yīng)在電阻上放置一 個(gè)旁路電容以減少電阻的噪聲貢獻(xiàn)。

穩(wěn)定性

所有運(yùn)算放大器都有一定的輸入電容，包括差模和共模。如果運(yùn)算放大器連接為跟隨器，并且在反饋路徑中放入一個(gè)電阻以平衡阻抗，那么系統(tǒng)可能容易發(fā)生振蕩。

原因是：大反饋電阻、運(yùn)算放大器的輸入電容和PC板上的雜散電容會形成一個(gè)RC低通濾波器 (LPF)。此濾波器會引起相移，并降低閉環(huán)系統(tǒng)的相位裕量。如果降低得太多，運(yùn)算放大器就會振蕩。

在一個(gè)1HzSallen-Key 低通濾波器電路中使用AD8628 CMOS運(yùn)算放大器。由于轉(zhuǎn)折頻率較低，電阻和電容相當(dāng)大。輸入電阻為470kΩ，所以在反饋路徑中放入一個(gè)470kΩ電阻。

此電阻與8pF的輸入電容一起提供一個(gè)42kHz的極點(diǎn)。AD8628的增益帶寬積為2MHz，因此它在42kHz仍有大量增益，并發(fā)生了軌到軌振蕩。把470kΩ電阻換成0Ω跳線即解決了問題。

因此，反饋路徑中應(yīng)避免使用大電阻。

對于高頻運(yùn)算放大器，例如增益帶寬積超過400 MHz的 ADA4817-1，1kΩ反饋電阻就稱得上是大電阻。所以必須要好好查詢數(shù)據(jù)手冊才能做出判斷。

在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)，最好不能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)隨便取值。

關(guān)于是否需要增加平衡電阻，如果是帶有輸入偏置電流消除功能的CMOS、JFET或雙極型運(yùn)算放大器，那么可能不需要增加。