運放輸入阻抗和類別

一、輸入阻抗和輸出阻抗（1）首先，輸入阻抗和輸出阻抗是相對的。阻抗，簡單的說就是阻礙作用，甚至可以說就是電阻，即另一層意思上的等效電阻。

引入輸入阻抗和輸出阻抗，最大的目的是在設計電路中提高效率，即要達到阻抗匹配，達到最佳效果。阻抗匹配可以這樣簡單了解：假設一個電路中R為負載電阻，r為電源E的內(nèi)阻，E為電壓源。由于r的存在，當R很大時，電路接近開路狀態(tài)；而當R很少時接近短路狀態(tài)。顯然負載在開路及短路狀態(tài)都不能獲得最大功率。

根據(jù)式:P=I2R=ER+r2R=E24r+R-r（2）輸入輸出阻抗都跟電路的具體設計有關(guān)。這里先提供幾條經(jīng)驗：

1、阻抗匹配時負載可以得到最大的信號功率。

2、阻抗匹配時效率不一定最高。

3、前級輸出阻抗大于后級輸入阻抗時，傳輸效率變低，傳輸功率小于最大值。

4、前級輸出阻抗小于后級輸入阻抗時，傳輸效率變高，傳輸功率也小于最大值。

5、輸入阻抗一般是高些為好，這樣對前級輸出要求不嚴格。

6、輸出阻抗一般是低些為好，這樣負載適應性強，負載能力強。

7、輸入阻抗高往往易受到干抗，所以需要特別的設計（例如屏蔽）。

8、輸出阻搞太低往往也受到元器件、傳輸導線和電源限制。例如：有些功放的輸出阻抗可以低到2Ω，再低的話已經(jīng)沒有意義（導線損耗反而成主要問題）。二、ttl/coms型器件按導電類型不同，分為雙極型集成電路和單極型集成電路兩類。前者頻率特性好，但功耗較大，而且制作工藝復雜，絕大多數(shù)模擬集成電路以及數(shù)字集成電路中的TTL、ECL、HTL、LSTTL、STTL型屬于這一類。后者工作速度低，但輸人阻抗高、功耗小、制作工藝簡單、易于大規(guī)模集成，其主要產(chǎn)品為MOS型集成電路。MOS電路又分為NMOS、PMOS、CMOS型。（1）不同類型，不同工藝的器件其輸入和輸出阻抗也不同。CMOS是電壓型的器件，將電壓轉(zhuǎn)換為電流具有很高的輸入阻抗，TTL是電流型的器件，輸入阻抗低，將電流進行放大。CMOS的輸入阻抗很高，這樣柵極寄生的電容就會和輸入阻抗形成一個低通濾波器，而TTL器件輸入阻抗很低，寄生低通濾波器的低通特性比較弱，所以速度比CMOS快。（2）現(xiàn)在CMOS應用很廣泛，是由于CMOS的輸入阻抗一般都很高。而為什么輸入阻抗高和輸出阻抗低在電路中的應用有著很大的優(yōu)勢呢？1.當信號送入一個放大器時，就會有一個電壓加在輸入級上，如果你的輸入級阻抗很小則勢必會有較大電流通過，而前級電路又提供不了如此大的電流，輸入電壓就降低了呀，那么送進放大器的電壓就比源電壓要小很多了，不能有效放大。2.當信號從放大器輸出的時候，在輸出端會有一個負載，這時他需要一定的電流提供能力，你的輸出阻抗如果高，輸出電流流經(jīng)輸出電阻，再經(jīng)過負載，肯定有一部分能量是消耗在了輸出電阻上了。三、一些典型電路的輸入輸出阻抗的計算：（1）反相比例運算電路1、方法一：輸入電阻Ri為從電路輸入端口看進去的電阻，這里可以看到是R1。對于Ui端看到的阻抗,利用理想運放的"虛短"概念，運放的+-輸入端電壓總是0，對于Ui電壓源來說，相當于它通過R1接到“地”，當然從Ui端看到的阻抗就是R1了。方法二：先看運算放大器的電路模型：其中ri很大，通常為106Ω或更高；r0相對較小可不計入在內(nèi)；A很高。求差運算電路Ui2輸入阻抗可以這樣理解（REF接“地”，即零電位）：令Ui2-Ui1=U，Ii=U-U0R1+R2+R3+R4+r0，U0=-A（Ui2-Ui1），A=R2R1且r0相對很小不計，所以Ii=U+R2R1UR1+R2+R3+R4，如設R1=R3，R2=R4。則Ri=2R1。IS500中有相應的電路如下圖：可以看出上圖是母線電壓檢測，其輸入阻抗是3.02MΩ。上圖的輸入阻抗是2*(R9//R10)。四、rail-to-rail型的放大器近年來,隨著CMOS工藝向超深亞微米技術(shù)的發(fā)展,晶體管特征尺寸不斷減小,電源電壓不斷下降,而晶體管的閾值電壓并不隨著特征尺寸的減小而線性減小,因此使得CMOS運算放大器的輸入輸出信號的動態(tài)范圍大大減小。為了提高運放的性能,增大輸入輸出信號的動態(tài)范圍,最好能達到整個電源電壓范圍,即軌到軌(R2R:Rail-to-Rail)。軌到軌運算放大器經(jīng)過特殊的設計可以允許輸出電位在從負電源到正電源的整個區(qū)間變化。IS500中用到的運放如下：TL082、MC33272、MC34072