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德州仪器OPA690运算放大器的反相放大器操作

2025/10/27 9:51:49
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由于 OPA690 是一款通用型宽带电压反馈运算放大器,设计者可以使用所有常见的运放应用电路。反相操作是较常见的需求之一,并且具有多项性能优势。图38展示了一个典型的反相配置,其中保留了图36中的输入/输出阻抗和信号增益,但以反相电路形式实现。

德州仪器OPA690运算放大器的反相放大器操作

在反相配置中,有三个关键设计注意事项:

增益电阻(Rg)成为信号通道输入阻抗的一部分。如果希望实现输入阻抗匹配(在信号通过电缆、双绞线、长PCB走线或其他传输线导体传输时非常有利),可以将 Rg 设置为所需的终端阻抗值,并通过调整 Rf 来获得所需的增益。这是最简单的方法,能够实现最佳的带宽和噪声性能。然而,在较低反相增益下,所得到的反馈电阻值可能会对放大器输出构成显著负载。例如,对于反相增益为2的情况,若将 Rg 设置为50Ω以实现输入匹配,就不再需要 Rm,但需要选用100Ω的反馈电阻。这样做的一个有趣优势是,当源阻抗为50Ω时,噪声增益变为2——与前一节中考虑的非反相电路相同。然而,此时放大器输出端将看到100Ω的反馈电阻与外部负载并联。一般来说,反馈电阻应限制在200Ω至1.5kΩ之间。在这种情况下,更好的做法是如图38所示,增大 Rf 和 Rg 的值,然后通过一个接地的第三个电阻(Rm)来实现输入阻抗匹配。总的输入阻抗就是 Rg 和 Rm 的并联组合。

德州仪器OPA690运算放大器的反相放大器操作

第二个重要考虑因素,在前一段中已提及,是信号源阻抗会成为噪声增益公式的一部分,并影响带宽。对于图38中的示例,Rm 值与外部的50Ω源阻抗并联,形成一个等效驱动阻抗为:

50Ω || 67Ω = 28.6Ω

这个阻抗在与 Rg 串联后用于计算噪声增益(NG)。因此,图38中的最终噪声增益为2.8,而如果能像前面讨论的那样去掉 Rm,则噪声增益仅为2。因此,图38中增益为 ±2 的电路带宽略低于图36中增益为2的电路。

第三个在反相放大器设计中的重要考虑因素,是设置非反相输入端的偏置电流抵消电阻(Re)。如果该电阻设置为等于从反相节点向外看的总直流电阻值,那么由于输入偏置电流引起的输出直流误差将被降低为(输入失调电流)× Re。如果在图38中50Ω的源阻抗是直流耦合的,那么反相输入端对地的总电阻为228Ω。将该值与反馈电阻并联后,得到本例中所用的 Rg = 146Ω。为了减少该电阻引入的额外高频噪声,有时会用一个小电容对其进行旁路。只要 Rs < 350Ω,就不需要该电容,因为其他所有噪声项的总贡献仍小于运放输入噪声电压的贡献。至少,OPA690 要求 Rg 的最小值为50Ω,以抑制寄生效应引起的峰值;如果非反相输入端直接接地(即短路),则输入级可能会出现高频不稳定性。


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