• 输入阻抗Ri,
  • 输出阻抗Ro,
  • 同相端对地等效电阻RP,
  • 反相端对地等效电阻RN,

这些参数很重要,在学习运放相关电路的时候经常要用到,如果不理解的话,对于后面运放电路的理解就困难重重,那今天就一次性把它说清楚。

预备知识

端口等效电阻计算(电源置零法)

因为理想电压源内阻为0,而理想电流源内阻无穷大,计算电路等效电阻时,就按这两个条件将电压源置短路,无穷大内阻以开路看待。

例如下面这道题,求端口电阻,将电压源短路、电流源断路,那么,端口电阻R=1K+1K=2K.

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运算放大器等效电路模型

运算放大器的等效电路模型其实是一个二端口电路,这个二端口电路有1个输入端口和1个输出端口,输入端口内部等效成一个大电阻,输出端口等效成一个受控电压源和一个电阻串联。

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运算放大器传输特性为:Vo=AVo(VP-VN)。


本质上就是对输入端的电压差值进行放大,因为AVo这个放大系数一般比较大。

对于一个理想的运算放大器而言,


  • 输入电阻ri≈无穷大
  • 输出电阻ro≈0
  • AVo≈无穷大

注意:运放等效模型里面的ri和ro为运放的固有的本征参数,和我们后面要说的运放电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro不是一回事。

运放这种电路模型的提出,应该是模拟电子历史上的里程碑事件了,但是单纯一个运放,如果没有外围电路,用处就很少,我们一般都是搭配外围电路去进行使用。


根据模型解释虚短和虚断特性

从模型我们也可以看出,由于输入电阻无穷大,那自然可以认为从同相输入端P和反相输入端N流入的电流Ip=In=0,所以认为输入端对电流来说是断路的。(虚断)

还是从模型来看,虽然输入电阻很大,但毕竟N端与P端还是连着的,只是这条通路上没有电流,既然没有电流流过这个大电阻,那自然不会在电阻上产生压降,因此UN=Up,对电压来说就是短路的状态。(虚短)

电阻计算

有了前面的基础,下面来处理各种电阻的计算,以实例说明。

下面这个电路是反相放大器。

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传输关系:Uo=-(Rf/R)Ui

这个电路的输入电阻Ri,是指对电源Ui来说的,因此从Ui后面的电路都应该算作端口内部的电路,就是说我们要把电路框成下面这个样子。

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输入电阻Ri=R

因为Up=0,由运放的虚短特性,UN=0,即N点为0电位点,输入端对地去看,就只有一个电阻,即为R。

输出电阻Ro=ro

即为运放内部的输出阻抗,因为利用电源置零的方法,我们暂且将运放模型内部的受控电压源置零,也就是短路替代,那从输出端口看进去,应该是Rf与ro并联,但是由于ro很小,Rf很大,电阻并联由小的决定,所输出电阻近乎等于运放内部输出电阻ro。

同相端对地电阻RP=R’,

这个很直观,P点对地电阻就是R’,因为运放的同相输入端可以认为是断开的。

反相端对地电阻RN=R//Rf,

同样是求端口等效电阻,从N点对地看进去,由电源置零法,输入电压源ui置零,对地短路,模型内部的电压源对地短路,得到Rf与ro串联后再和R并联,由于ro太小了,所以忽略不计,最终RN=R//Rf。

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一个基本原则

一个电路的系统里面一定有源、有负载,我们一定是希望源的能量尽可能多的消耗在负载上,而不是消耗在源本身上,就像我们用的手电筒一样,希望电池的能量用来给灯泡发光,而不希望电池自身发热消耗能量。

所以,如果将源电路等效成电压源与电阻串联的形式,源电路里面的输出等效电阻一定要尽可能的小,因为输出电阻和后面的负载电阻是串联分压的关系,内部电阻小了,才能将更多的能量传递给负载。

同样,对于负载电路而言,我们希望它的输入电阻大一点,这样才能从源电路里面吸取更多的能量。

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结 语

回过头来再看,上面分析的反相放大器,输入电阻为R,由于运放电路中,电阻不宜使用太大的阻值,Rf不能太大,要想实现较高的放大倍数,只能将输入电阻R值调低,而这与我们希望输入电阻越大越好的原则相悖,所以这是反相放大器的一个缺点。



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