文档介绍：反相比例运算电路的误差分析汤洁(甘肃建筑职业技术学院,甘肃兰州)摘要本文以集成运算放大器的反相比例运算电路为例,从三个方面讨论了集成运放几个主要参数对闭环电压放大倍数运算精度的影响,以及这种影响与应用条件和外部参数的关系。关键词电子技术集成运算放大器反相比例运算电路误差在测试集成运算放大器的闭环电压放大倍数的实验中,我们常常会发现根据测试得出的闭环电压放大倍数与理论值总是存在着一定的误差,这是为什么呢?这是由于实际的集成运算放大器产品,尽管其性能参数可以做得越来越好,越来越接近理想运放,但是任何实际的运放性能不可能完全达到理想条件,其开环电压放大倍数、输入电阻等都不可能为无穷大,而只能是有限值;其输出电阻、失调电压、失调电流及输入偏置电流等也不是真正为零,而是一些很小的确定值,这些因素都会产生输出误差,从而导致实际电路的输出与输入关系不完全符合理想条件下所推出来的表达式。本文以反相比例运算电路(图1所示)为例,从三个方面讨论几种主要因素对运算精度的影响,以及这种影响与应用条件和外部参数的关系。1开环电压放大倍数和输入电阻为有限值的影响反相比例运算电路在、不是无穷大而其他参数均为理想时的电路如图2所示。由于,因此当时,;时,则必有。由图可列出如下方程:,,,,,求解上述方程组可得出实际闭环电压放大倍数为:而理想反相比例运放的闭环电压放大倍数为:,令与的相对误差为:①在<<1的情况下,可近似为:由上式可知,当开环电压放大倍数越大、输入电阻越大时,相对误差越小,电路的运算精度越高。另外,从①式可知,若电路中运放只有不能视为无穷大,而可视为无穷大时,电路的相对误差为:设电路中,,,由①式计算不同的、的值:(1)当,时,﹪(2)当,时,﹪(3)当,时,﹪由此可见,越大,相对误差越小;越大,也越小。两者比较而言,开环电压放大倍数较输入电阻的影响更为显著。上述结果也说明,虽然给定的和不是理想值(无穷大),但其所引起的误差并不大,一般在允许范围内。2有限开环电压放大倍数和非零输出电阻的影响假设运放开环电压放大倍数,输出电阻,而其他参数仍为理想情况,其反相比例运算等效电路如图3所示。这时流入运放输入端的电流为零,但两输入端之间的电压不为零(即),由图可列出如下方程:,,,,,求解上述方程组可得出实际闭环电压放大倍数为:其相对误差为:由上式可知,当开环电压放大倍数越大、输出电阻越小时,相对误差越小,电路的运算精度越高。在实际的运算放大器中,其输出电阻一般在几十至之间。3失调电压、偏置电流及失调电流的影响根据定义,可知一个具有失调电压的实际放大器可以用图4所示电路(理想放大器的输入端串接一个电压)来等效;两个输入端存在偏置电流和的实际放大器可以用图5所示电路来等效,若,则输入偏置电流,而放大器的输入失调电流。上述两种情况同时考虑时,便可以画出图6所示的反相比例器的等效电路。 设外加电压,放大器的其他参数都是理想化的,那么得到的输出电压便全部是由、和所产生的误差电压,用表示输出误差电压。由图6电路可列出:,,,,求解上述方程组得出:若令,即:,代入上式并整理得:②由此可见,输入偏置电流的影响被消除了,所以一般电路中都采用。将折算到输入端,得到由和引起的输入误差电压为:③例如在图6所示电路中,集成运放的,,,,,由和引起的输出误差电压为:引起的输入误差电压为:可见在输入信号为