差分放大器的輸入阻抗

單片差分放大器是集成電路，包含一個運算放大器（運放）以及不少于四個采用相同封裝的精密電阻器。對需要將差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號同時抑制共模信號的模擬設計人員而言，它們是非常有用的構建塊。例如，圖1所示的INA134目的是用作適合差分音頻接口的線路接收器。

雖然大多數(shù)設計人員都感覺這種簡單的構件塊用起來非常輕松愜意，但筆者還是發(fā)現(xiàn)在使用它們時有一個方面經(jīng)常被忽視：差分放大器的兩個輸入端具有不同的有效輸入電阻。筆者所說的“有效輸入電阻”指的是由內(nèi)部電阻器阻值和運放的運行產(chǎn)生的輸入電阻。

圖2展示了INA134的典型配置，具有標記的輸入電壓和電流以及內(nèi)部運放輸入節(jié)點處的電壓。

對于每個輸入端，方程式1均將有效輸入電阻詮釋為：

讓我們先從比較容易的部分開始：同相輸入端?？磮D2中的示意圖，您會發(fā)現(xiàn)R3和R4是串聯(lián)的。假設沒有電流進入或離開運放輸入端，那么方程式2計算出的有效輸入電阻僅為：

現(xiàn)在，讓我們聚焦反相輸入端。回想一下理想的運放規(guī)則：運放的兩個輸入端應始終處于相同的電勢（方程式3）：

您還可看到R3和R4在同相輸入端形成了一個分壓器。方程式4計算出的運放同相輸入端（VP）電壓為：

這為什么很重要呢？哦，因為該電壓可部分決定反相輸入端的有效輸入電阻。考慮到通過R1的電流（IIN（N））等于跨R1的電壓除以其電阻（方程式5）：

返回到方程式1，用方程式5代替輸入電流，您可得出方程式6 —— 一個可計算出反相輸入電阻的通用方程：

既然您知道反相輸入端的電壓（VN）將等于同相輸入端的電壓（VP），您就可用方程式4代替方程式6中的VN，得出方程式7：

注意，反相輸入端的有效輸入電阻實際上取決于兩個輸入端電壓的比率。要了解這如何能影響您的應用，請考慮一個例子：在音頻線路接收器應用里使用的INA134，其中兩個輸入端的電壓幅值相等但極性相反（方程式8）：

回過頭看一下方程式2，同相輸入端的有效輸入電阻是相當簡單的：

不過，兩個輸入端電壓的反相關系會對反相輸入端的有效輸入電阻產(chǎn)生重大影響（方程式9）：

反相輸入端的有效輸入電阻是同相輸入端有效輸入電阻的三分之一。因此，在選擇輸入耦合電容器和濾波電路時，您必須考慮到反相輸入端的阻抗較低。此外，任何驅(qū)動差分放大器輸入端的放大器必須能驅(qū)動反相輸入端較低的阻抗。

采用簡單的電路，往往是其運行的最基本方面會在實驗室中惹出麻煩。因此，請勿忽視顯而易見的東西！

責任編輯：haq