運算放大器中，在輸入端放上相等的阻抗一定是對的嗎？

作為工程師都知道741運算放大器吧，那應該經(jīng)常聽(tīng)到平衡運算放大器輸入端電阻。但是在運算器的兩個(gè)輸入端放上相等的阻抗一定是對的嗎？

在二十世紀六十年代和七十年代，第一代運算放大器采用普通雙極性工藝制造。為了獲得合理的速度，差分對尾電流一般在10μA 到20μA范圍內。而β值為40到70，故輸入偏置電流在1μA左右。

然而，晶體管匹配度并不那么高，所以輸入偏置電流不相等，導致輸入偏置電流之 間有10%到20%的偏差（稱(chēng)為“輸入失調電流”）。

在同相接地輸入端增加一個(gè)與輸入電阻R1和反饋電阻R2的并聯(lián)組 合相等的電阻（下圖的R3），可以讓阻抗相等。通過(guò)一些計算可以證明，誤差降至L(offset) × R(feedback)。由于I(offset)為I(bias)的10%到20%，這將有助于降低輸出失調誤差。

直流誤差

為降低雙極性運算放大器的輸入偏置電流，許多運算放大器設計成了輸入偏置電流消除功能，OP07就是一個(gè)例子。

輸入偏置電流消除功能的增加使偏置電流大大降低，但輸入失調電流可能為剩余偏置電流的50%到100%，所以增加電阻的作用非常有限。某些情況下，增加電阻反而可能導致輸出誤差提高。

噪聲

電阻熱噪聲的計算公式為√4kTRB，故1kΩ電阻會(huì )有4 nV/√Hz的噪聲。 增加電阻會(huì )增加噪聲。

在下圖，雖然909Ω補償電阻是值最低的電阻，但由于從該節點(diǎn)到輸出端的噪聲增益，它給輸出端貢獻的噪聲最多。

R1引起的輸出噪聲為40 nV/√Hz，R2為12.6 nV/√Hz，R3為42nV/√Hz。因此，不能使用電阻。

另一方面，如果運算放大器采用雙電源供電，并且一個(gè)電源先于另一個(gè)電源上，那么ESD網(wǎng)絡(luò )可能發(fā)生閂鎖問(wèn)題。

這種情況下，可能需要增加一定的電阻來(lái)保護器件。但若使用的話(huà)，應在電阻上放置一 個(gè)旁路電容以減少電阻的噪聲貢獻。

穩定性

所有運算放大器都有一定的輸入電容，包括差模和共模。如果運算放大器連接為跟隨器，并且在反饋路徑中放入一個(gè)電阻以平衡阻抗，那么系統可能容易發(fā)生振蕩。

原因是：大反饋電阻、運算放大器的輸入電容和PC板上的雜散電容會(huì )形成一個(gè)RC低通濾波器 (LPF)。此濾波器會(huì )引起相移，并降低閉環(huán)系統的相位裕量。如果降低得太多，運算放大器就會(huì )振蕩。

在一個(gè)1HzSallen-Key 低通濾波器電路中使用AD8628 CMOS運算放大器。由于轉折頻率較低，電阻和電容相當大。輸入電阻為470kΩ，所以在反饋路徑中放入一個(gè)470kΩ電阻。

此電阻與8pF的輸入電容一起提供一個(gè)42kHz的極點(diǎn)。AD8628的增益帶寬積為2MHz，因此它在42kHz仍有大量增益，并發(fā)生了軌到軌振蕩。把470kΩ電阻換成0Ω跳線(xiàn)即解決了問(wèn)題。

因此，反饋路徑中應避免使用大電阻。

對于高頻運算放大器，例如增益帶寬積超過(guò)400 MHz的 ADA4817-1，1kΩ反饋電阻就稱(chēng)得上是大電阻。所以必須要好好查詢(xún)數據手冊才能做出判斷。

在設計原理圖時(shí)，最好不能根據經(jīng)驗隨便取值。

關(guān)于是否需要增加平衡電阻，如果是帶有輸入偏置電流消除功能的CMOS、JFET或雙極型運算放大器，那么可能不需要增加。