运算放大器时需要注意的几个重要问题.pdf

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1、运算放大器时需要注意的几个重要问题以下是我们在使用运算放大器时需要注意的几个重要问题。1)首先应该好好理解运放的最简模型:从运放的原理来说,我们可以将运放看成是一个压控电压源,其中,运放的输出由受控电压源提供,而受控电压源的控制电压就是输入端的差分电压,如下图所示:2)运放输出端的电流约束仍然遵循Kirchhoff电流定律这里不能认为流过反馈电阻Rf的电流和流过负载电阻RL的电流是相等的,因为电流i是“有机会”流入运放的输出端的,这是由芯片内部的构造决定的,尤其是高精度应用时应该好好提防这一点。3)使用运放时需要注意由电阻自身杂散电容而产生的影响

2、这个反向比例运算电路的增益函数如下:这里,C1会使得频率特性出现尖峰脉冲,而C2会使得高频领域的增益下降,从而导致频率特性恶化!对于一般的低频应用而言,这个因素是可以“视而不见”的,但是如果需要低噪声环境的话,就需要尽量减小Ri和Rf的阻值,因为这样可以减小杂散电容的影响,或者干脆使用高精度的电阻也行,如果开发成本允许的话。4)对于反馈系数的量化问题不应该含糊:从这两个图可以看出,虽然他们的增益绝对值是一样的,都是1,说白了这两个电路都可以看作是一个电压跟随器。显然图(b)的负反馈系数要大,性能应该会更好,但是它防止振荡的能力却不如图(a)的电路

3、,因为它对于信号的变化过于“敏感”。所以在实际设计电路时,对于反馈系数的量化问题是不能含糊的,它很大程度地决定了系统的“稳”、“快”、“准”这三个方面。最终的电路设计应该是这三个方面的折中,以此达到传说中的性能最优化。5)单电源供电时需注意输出电压摆幅的问题:如上图所示,由于是单电源供电,那么运放的两个输入端必须加有直流偏压,而且为了使电路的输出电压的动态范围最大化,一般要求VP=VN=VCC/2。此外,这里运放的输入、输出端的直流电位不为零,So,需要采用电容(C1、C2)来耦合信号。6)得注意运放的输入寄生电容:由于运放的内部结构因素,导致运

4、放具有数pF~数十pF的输入寄生电容,这自然使得运放的稳定性变差了,输入寄生电容会和输入电阻一起形成一个容易被人忽略的LPF,倘若输入信号的频率超过一定值,则就会丢失信息。这个频率值函数为:为了解决这个问题,一般采用如下电路所示的方法由于输入寄生电容使得相位滞后,因此可以用超前相位的补偿来防止振荡,上图中的CF有相位超前的作用,有效地解决了寄生电容所带来的问题。通常CF取值要稍大于Ci。7)需要防止运放进入非线性区,除非该运放用于比较器电路:这是一个很普通的积分电路。如果输入信号的频率过低的话,则没有反馈回路了,即此时电路处于开环状态,也就意味着

5、运放的电压增益非常大,输出电压将极易进入非线性区,就失去信号放大的意义了。为此,我们可以在电容两端并联一个电阻来加以限制运放的增益。如下图,8)对于输出电阻应该知道是怎么回事:对于图(a)来说,输出电阻由R决定,而对于图(b)来说,由于R放在反馈电路内部,所以它的输出阻抗非常低,驱动能力比图(a)所示电路显然要好。以上只是运算放大器的使用注意事项中的几个点,更多的得需要我们在实践中不断总结,不断积累,以及借鉴前人的经验,只有这样,我们才能更好地认识和运用运算放大器,才有可能把前端信号调理地更好运放是作为最通用的模拟器件,广泛用于信号变换调理、AD

6、C采样前端、电源电路等场合中。虽然运放外围电路简单,不过在使用过程中还是有很多需要注意的地方。1、注意输入电压是否超限图1是ADI的OP07数据表中的输入电气特性的一部分,可以看到在电源电压±15V的条件下,输入电压的范围是±13.5V,如果输入电压超出范围,那么运放就会工作不正常,出现一些意料不到的情况。而有一些运放标注的不是输入电压范围,而是共模输入电压范围,如图1-2是TI的TLC2272数据表的一部分,在单电源+5V的条件下,共模输入范围是0-3.5V。其实由于运放正常工作时,同相端和反相端输入电压基本是一致的(虚短虚断),所以“输入电压

7、范围”与“共模输入电压范围”都是一样的意思。图1-1图1-22、不要在运放输出直接并接电容在直流信号放大电路中,有时候为了降低噪声,直接在运放输出并接去耦电容(如图2-1)。虽然放大的是直流信号,但是这样做是很不安全的。当有一个阶跃信号输入或者上电瞬间,运放输出电流会比较大,而且电容会改变环路的相位特性,导致电路自激振荡,这是我们不愿意看到的。正确的去耦电容应该要组成RC电路,就是在运放的输出端先串入一个电阻,然后再并接去耦电容(如图2-2)。这样做可以大大削减运放输出瞬间电流,也不会影响环路的相位特性,可以避免振荡。图2-1图2-23、不要在放

8、大电路反馈回路并接电容如图3-1所示,同样是一个用于直流信号放大的电路,为了去耦,不小心把电容并接到了反馈回路,反馈信号的相位发生了改变

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