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我發現很多工作多年的工程師,并沒有深刻理解輸入偏置電流這個參數,咱們直接舉例說明。曾經看過圖1-1 這種隔直電路,設計者的理由是,原始信號有一個比較大的直流信號,想通過一個電容進行隔離,因為電容可以隔直通交,但是實測卻發現輸出飽和了,設計者一直沒有頭緒。
圖1-1 錯誤的隔直電路
設計者還認為,運放的輸入電阻非常大,根據高通濾波器的截止頻率計算公式fc=1/(2πRC),(高通濾波器和低通濾波器在《運放秘籍》第一部有詳細解析),由于R非常大,因此隨便選一個隔直電容就可以實現隔直通交的功能,現實情況真的這么簡單嗎?
圖1-1中由于電容的存在,同相輸入端的偏置電流沒有地方流,被電容堵死了,導致運放輸出直接憋死。圖1-2 是正確的隔直電路,在電容后面對地加了一個電阻,俗稱接地電阻,那么就給偏置電流提供了流通的路徑,這就是俗稱的偏置電流回流路徑。
圖1-2 正確的隔直電路
有同學說,運放的反相輸入端也沒有接地電阻啊,為什么能夠工作呢?這是因為反相輸入端與輸出相連接,也可以構成回流通路。
那么同相端的接地偏置電阻,阻值選擇多大合適呢?這個接地電阻的考慮有三點:
第一點:高通濾波的截止頻率,在電容容值不變的情況下,電阻越大,則高通濾波器截止頻率越低,更容易讓交流信號通過而阻斷直流信號,隔直效果越好。
第二點:偏置電流的影響,偏置電流流過這個接地偏置電阻,會產生一定的電壓,電壓被運算放大器放大進而會在輸出端呈現一個直流成分,因此輸出會有大約是0.45uA*100KΩ=45mV的直流成分存在。
第三點:噪聲,電阻越大則有可能使得噪聲越大,《運放秘籍》完整視頻中會詳細講解噪聲相關內容。