有时微小信号希望从运算放大器电路得到很大的放大倍数,如果这时采用如下图所示的最基本的同相放大电路,显然放大倍数10M/10K=1000倍,理论上来说也是可行的。但在实际工程应用中,会发现理论计算和实际使用不符的情况,这是什么原因呢?
在电路板上由于各种各样原因,10M欧电阻周围的漏电流可能就已经超过了流过该电阻本身的电流,大电阻被周围的小电阻并联,从而使得10M欧电阻实际阻值并没有10M欧这么多。
那如何解决这个问题呢?对原电路进行改进后如下:现在电路中所使用的没有超过兆欧级别的电阻,电流能力增强从而抗干扰能力增强。使用下面的运放电路来达到增益1000的效果,显然比原电路要好的多。下面详细讲解该电路的计算方法和设计思路。
如果从左往右看,一直到B点的电压,通过运放的虚短、虚断,很容易得出
下面只需得出VC与VB的电压关系,也就得到了VC与VA的电压关系。
电流I1的流向是从输出Vout,也就是C点往左流,一部分经过R3,另一部分经过(R2+R1)。
仔细观察便会发现,电路简化图便是以R4为干路,R3和(R1+R2)为支路的电阻串并联网络,那整个分析就很明了了。
由电阻分压,很容易得到C点电压和B点电压的关系。为了看起来更简洁,层次更清晰,可以将(R1+R2)//R3看作R,则
代入计算,R≈1,即从B到C又被放大了约100倍,因此最终放大倍数≈1000。
回过头来看整个分析过程,其实就是在只使用一个运放的条件下,做了两次放大。输入电压Vin首先被R1、R2放大了10倍,然后再把R1、R2作为一个整体与R3并联后,与R4进行电阻分压,又放大了约100倍。
现在来看参数如何选择,来实现自己想要的增益就很简单了。
首先通过配置R1、R2之间的阻值关系,保证从A到B进行一定比例的放大。在保证R1、R2比值的同时,还要关注到后级(R1+R2)与R3的并联关系:要想在后端再进行更大比例的放大,需保证R3和(R1+R2)并联后的值近似接近于R3,同时保证R3与R4之间有很大的比值关系。
因此R3要比较小,一般可以选择1K,而(R1+R2)的值与R3要保证两个数量级以上,这样才能并联后的值近似为R3。