浅析运算放大器中的平衡电阻
摘 要：运算放大器是数字电子电路中非常重要的物理器件之一。对于运算放大器的输入端，为了调节其中电压所引起的不匹配情况，需要接入平衡电阻。平衡电阻对于运算放大器正常、高质、有效的运行起着至关重要的作用。本文就运算放大器中平衡电阻的产生原因、形成过程及相关物理效应作全面解析，通过详细叙述和推导，以图阐明平衡电阻的作用和意义。
关键词：运算放大器 平衡电阻
中图分类号：TN 722 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（c）-0076-02
运算放大器简称运放，主要应用于电子科技行业。目前市场上存在的运算放大器类型主要分为通用型、高阻型、低温漂型、高速型、低功耗型、高压大功率型和可编程控制型等。运算放大器由于本身结构的原因在输入端产生失调电压，不同类型的运算放大器对失调电压的要求也存在区别：例如交流音频放大器对失调电压的大小不作限制，此种类型的运算放大器无需进行特殊处理即可满足功能需求;另外一些偏置电流很小的放大器亦无需进行处理;除此之外，大部分运算放大器均需特殊处理，以此迎合工艺要求的提高和放大倍数精度的提升，因此在运放的理论和实践处理中，有必要引入平衡电阻的调节。
如所周知，失调电压会影响运算放大器高质有效的运行。而平衡电阻的介入，则可以使集成运放两输入端的对地直流电阻相等，从而达到其偏置电流的抵消，进而抑制附加产生的不匹配电压，从根本上消除失调电压。为探讨平衡电阻选取的原因和方法，本文针对运算放大器的基本原理、作用功效及处理过程进行深入学习，并在此基础上对平衡电阻进行分析。
1 平衡电阻产生的原因
从晶体管的运行方式和工作效应来看，促使平衡电阻产生并存在的原因可归结为如下4个方面。
（1）晶体管内部缺乏合适的静态偏置电压：运算放大器作为芯片的重要组成部分，通常需要为内部晶体管提供静态偏置电压。在一般情况下，电路是直接耦合的，满足自动调节静态工作点的要求;但在非正常运行情况下（如引脚直接接地或电源时），自动调节功能将被破坏，无法对电源电压进行调节，此时不能满足虚短、虚断的要求，而平衡电阻的引入可对该情况进行有效的改善。
（2）输入阻抗不匹配引起放大倍数不准：在运算放大器中，经常出现输入阻抗不匹配的情况，输入阻抗不匹配会引起电磁波在电路里反射，该反射将导致传输效率的降低和电路性能的下降（尤其在高频回路中，此现象尤为明显），因此运放电路中合适的阻抗匹配不可或缺。
（3）回路中偏置电流的存在：输入端存在失调电流，电流流过电阻会造成误差，从而进一步影响元件的精密性。引入平衡电阻可使运放同相和反相输入端阻抗相等，以便“预定”两个输入端“相等”的偏置电流产生压降也相等，起到相互抵消的作用，从而消除失调电压。
（4）回路电压过高导致的运算放大器烧毁：运算放大器的同相放大电路如不接平衡电阻，在发生回路故障时将有可能损坏运放，烧毁运算放大器，但加入平衡电阻能起到分压作用，从而消除此类现象的发生。
从以上可以看出，平衡电阻的引入对于运放高质有效的运行有着重要的作用。
2 平衡电阻的作用和意义
运算放大器平衡电阻的接入，可使集成运放两输入端的对地直流电阻相等，运放的偏置电流不会产生附加失调电压。一旦消除失调电压，运放的放大倍数可无限精确，有利于集成电路的进一步发展。下面我们以反相放大器来说明平衡电阻的作用和意义。
如图1所示的运算放大器，在输入为零时，若为理想运放，则有。但实际情况中，运算放大器存在失调电压VB和失调电流IB。若定义输入偏置电流为IS，依据失调电流和输入偏置电流的关系则存在：
对于上式，当且仅当R2=R1//Rf时，才有，亦即此时由输入偏置电流IS所产生的失调电压才会为零。可以看出，平衡电阻的意义在于通过平衡电阻的改变来调节输入和反馈电阻的匹配，從而达到抑制偏置电流的效果。由此根据平衡电阻的产生原因、电阻取值及存在意义进行理论推导，可知仅当平衡电阻R2=R1//Rf时，才能起到平衡抑制的作用。
3 结语
本文主要讨论了促使平衡电阻产生和存在的四个原因，并在理论推导、形成过程及物理效应等方面作全面解析，全方位的说明了平衡电阻的意义和作用，为运算放大器的运行机制提供了可靠的理论支撑，有利于从根本上理解平衡电阻的作用及存在原因，该理解对运放类电子器件的研究和应用具有重要参考意义。
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