了解运放的输入输出阻抗.pdf

了 解 运 放 的 输 入 输 出 阻 抗一 、 概 念1.1 输入阻抗 （ I nput R e s i s t a nc e ） 也被称为 差模输入阻 抗 ： ZI D 差模输入阻 抗 的 定义为 ：运放工作性区时 ， 两输入端的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值 差模输入阻抗 中 包 含 输入电阻和输入电容 在低频时 它 仅指输入电阻 一般产品 的数据手册 也仅 仅给出输 入电 阻 采用 双极 型晶体管 做输 入级 的运 放的 输入电阻不 大于 10 兆欧 ；场效应管做输入级的运放的输入电阻 一般大于 109欧 Z I D 愈大 ， 从信号源索取的电流愈小 ，放大电路所得到的输入电压 U i 就越接近信号源电压 U s 在 TI 的 数据 手册中 ， 运放 T L C 27L 4 的 输入 电阻为 ： “ ” ，但并未给出输入电容的值 1.2 输 出阻 抗定义为 ， 运 放工 作在 线性 区时 ， 在 运放 的 输出端加 信号 电压 ， 这 个电 压变化量与对应的电流变化量的比值 在低频时仅指运放的输出电阻 二 、 仿 真2 . 1 输 入 电 阻 的 仿 真图 一 输入电阻的仿真根据 ： R = U / I ， 可得 ： R i ≈ 1 × 1 09Ω 。

较手册给出的典型值 （ 1 01 2Ω ） 差了好多 2 . 2 输 入电 容的 仿 真首先测试 100H z 时运放的输出值 ， V o 1 = 42.426m V 如图二示 ：图 二 输入电容的仿真 1然后测试输出 - 3dB （ 0.707V o 1 = 29.995182m V ） 时的频率值 ： 1 1 9.4608kH z 图 三 输入电容的仿真 2根据 ： C = （ 2 π R f ）- 1， 将 R = 2M Ω 、 f = 1 1 9 . 4 6 0 8 kH z 代入 ， 则得 C i ≈ 0 . 6 6 6 p F 2 . 3 输 出电 阻的 仿 真图 四 输出电阻的仿真在 图四 中 ， 运 放 不 接 负 载 电 阻 R 2 时 的 输 出 电 压 为 ： V 1= 141.419m V ， 接 上 负 载 电 阻 后的输出为 ： V 2= 141.413m V 则 ： R o= （ V 1- V 2) × R2 ÷ V 2 ≈ 4 . 6 m Ω 三 、 实 测3 . 1 输 入电 阻的 测 试根据图一电路原理 ， 对 T L C 27L 4 C N 进行输入电阻的实测 。

其输入 、 输出波形如下图 ：图 五 输入电阻实测图 1图中 ： 绿色线为输入信号 ， 黄色线为输出信号 输入 、 输出二线重合且没有失真 ， 用福禄克 “ 289C ” 数字表测外接电阻 R 1 二端电压 ， 情况如下图 ：图 六 输入电阻实测图 2信 号 源 输 出 电 压为 141.77m V ， 电 阻二 端 的 电 压 为 6.762m V ， 则 可 得 ： R i ≈ 4 × 1 07Ω 约 4 0 M Ω 的输入电阻与手册给 出的 1 T Ω 存在不小的差距 这跟测试设备的测量 精度和输入阻抗等有直接的关系 3 . 2 输 入电 容测 试根据图二电路原理 ， 对 T L C 27L 4 C N 进行输入电容的实测 输入 、 输出波形如下图 ：图 七 输入电容实测图100H z 时 ， 输 出 为 141.96m V ， - 3dB 时 （ 100.3657m V ） 的 信 号 频 率 为 ： 25.324kH z 则可算得输入电容为 ： C i ≈ 3 . 1 4 p F 3 . 3 输 出电 阻的 测 试根据图四电路原理 ， 对 T L C 27L 4 C N 进行输出电阻的实测 。

实测时波形记录如下图八 ：图 八 输出电阻实测图当输出端空载 时 ， 输出电压 V 1= 78.36m V ， 当接 R 2= 1892.6 Ω 时 ， 输出电压 V 2= 78.08m V 则输出电阻为 ： R o ≈ 6 . 8 Ω 四 、 小 结4 . 1 输 入阻 抗4.1.1 在 低频 电路中 ， 对 于电 压驱动的 电路 ， 输 入阻 抗越 大 ， 则对 电压 源 的负 载就 越轻 ，因而就越容易驱动 ， 也不会对信号源有影响 对于一般的放大电路来说 ， 输入阻 抗 当然是越大越好 输入电 抗 越大 ， 表明放大器从信号源取的电流越小 ， 放大器输入端得到的信号电压也越大 ， 即信号源电压衰减的少 4.1.2 输入端的输入电容运放的输入电容会引起信号的损失 、 畸变 、 相移 、 电路不稳等 ， 是造成放大器工作频带变窄的主要原因 在高频 、 大增益的情况下影响会较明显 ， 此时应尽量选用输入电容小的运放 ； 一般情况下的应用输入电容不会造成明显的影响 4 . 2 输 出阻 抗无论信号源或 者 放大器还 是 电源 ， 都有输出阻抗的问题 输出阻抗就是一个信号源的内阻 。

本来 ， 对于一个理想的电压源 ， 内阻应该为 0 ， 但 现实中的电压源 ， 则做不到这一点 我们常用一个理想电压源串联一个电阻 r 的方式来等效一个实际的电压源 这个跟理想电压源 串 联的 电 阻 r ， 就 是 （ 信 号源 / 放 大 器 输出 ） 的 内 阻了 当 这 个 电 压 源 给 负 载供 电 时 ， 就会有电流 I 从这 个负载上 流过 ， 并 在这 个电 阻上产生 I × r 的电 压降 这 将导 致电 压 源输 出电压的下降 ， 从而限制了最大输出功率 从另一角度说 ， 输出电阻 被 用来衡量放大器在不同负载条件下维持输出信号电压 （ 或电流 ） 恒定 的一种 能力 ， 称为其带负载能力 当放大器将放大了的信号输出给负载 电阻 R L 时 ，对负载 R L 来说 ， 放大器可以 等效为具有内阻 R o 的信号 源 ， 由这个 信号源向 R L 提供输 出信号 电压 和输 出信 号 电流 （ R o 称 为放 大器 的输 出 电阻 ， 它是 从 放 大器 输出端 向 放大 器 本 身看入 的 交流等 效 电 阻 ） 如 果输 出电 阻 R o 很 小 ， 满足 R o< < R L 条 件 ， 则 当 R L 在 较大范 围 内 变化时 ， 就可维持输出信号 电压和 电流的恒定 。