放大器電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵事項(xiàng)精華匯總

來源：本站整理  作者：電子大兵2012年04月18日 14:00

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[導(dǎo)讀] 　　與分立器件相比，現(xiàn)代集成運(yùn)算放大器（op amp）和儀表放大器（in-amp）為設(shè)計(jì)工程師帶來了許多好處。雖然提供了許多巧妙、有用并且吸引人的電路。往往都是這樣，由于倉促地組

關(guān)鍵詞：儀表放大器電路設(shè)計(jì)放大器

　　引言

　　與分立器件相比，現(xiàn)代集成運(yùn)算放大器（op amp）和儀表放大器（in-amp）為設(shè)計(jì)工程師帶來了許多好處。雖然提供了許多巧妙、有用并且吸引人的電路。往往都是這樣，由于倉促地組裝電路而會(huì)忽視了一些非常基本的問題，從而導(dǎo)致電路不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能——或者可能根本不工作。

　　本文將討論一些最常見的應(yīng)用問題，并給出實(shí)用的解決方案。

　　AC耦合時(shí)缺少DC偏置電流回路

　　最常遇到的一個(gè)應(yīng)用問題是在交流（AC）耦合運(yùn)算放大器或儀表放大器電路中沒有提供偏置電流的直流（DC）回路。在圖1中，一只電容器與運(yùn)算放大器的同相輸入端串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)AC耦合，這是一種隔離輸入電壓（VIN）的DC分量的簡(jiǎn)單方法。這在高增益應(yīng)用中尤其有用，在那些應(yīng)用中哪怕運(yùn)算放大器輸入端很小的直流電壓都會(huì)限制動(dòng)態(tài)范圍，甚至導(dǎo)致輸出飽和。然而，在高阻抗輸入端加電容耦合，而不為同相輸入端的電流提供DC通路，會(huì)出現(xiàn)問題。

　　圖1. 錯(cuò)誤的運(yùn)算放大器AC耦合輸入

　　實(shí)際上，輸入偏置電流會(huì)流入耦合的電容器，并為它充電，直到超過放大器輸入電路的共模電壓的額定值或使輸出達(dá)到極限。根據(jù)輸入偏置電流的極性，電容器會(huì)充電到電源的正電壓或負(fù)電壓。放大器的閉環(huán)DC增益放大偏置電壓。

　　這個(gè)過程可能會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間。例如，一只場(chǎng)效應(yīng)管（FET）輸入放大器，當(dāng)1 pA的偏置電流與一個(gè)0.1 μF電容器耦合時(shí)，其充電速率I/C為10-12/10-7=10 μV/s，或每分鐘600 μV。如果增益為100，那么輸出漂移為每分鐘0.06 V。因此，一般實(shí)驗(yàn)室測(cè)試（使用AC耦合示波器）無法檢測(cè)到這個(gè)問題，而電路在數(shù)小時(shí)之后才會(huì)出現(xiàn)問題。顯然，完全避免這個(gè)問題非常重要。

　　圖2. 正確的雙電源供電運(yùn)算放大器AC耦合輸入方法

　　圖2示出了對(duì)這常見問題的一種簡(jiǎn)單的解決方案。這里，在運(yùn)算放大器輸入端和地之間接一只電阻器，為輸入偏置電流提供一個(gè)對(duì)地回路。為了使輸入偏置電流造成的失調(diào)電壓最小，當(dāng)使用雙極性運(yùn)算放大器時(shí)，應(yīng)該使其兩個(gè)輸入端的偏置電流相等，所以通常應(yīng)將R1的電阻值設(shè)置成等于R2和R3的并聯(lián)阻值。

　　然而，應(yīng)該注意的是，該電阻器R1總會(huì)在電路中引入一些噪聲，因此要在電路輸入阻抗、輸入耦合電容器的尺寸和電阻器引起的Johnson噪聲之間進(jìn)行折衷。典型的電阻器阻值一般在100，000Ω ~1 MΩ之間。