運算放大器使用必須遵循的六條軍規

2017-02-18 by:CAE仿真在線來源:互聯網

運算放大器是作為最通用的模擬器件,廣泛用于信號變換調理、ADC采樣前端、電源電路等場合中。雖然運放外圍電路簡單,不過在使用過程中還是有很多需要注意的地方。

注意輸入電壓是否超限

圖1是ADI的OP07數據表中的輸入電氣特性的一部分,可以看到在電源電壓±15V的條件下,輸入電壓的范圍是±13.5V,如果輸入電壓超出范圍,那么運放就會工作不正常,出現一些意料不到的情況。

而有一些運放標注的不是輸入電壓范圍,而是共模輸入電壓范圍,如圖1-2是TI的TLC2272數據表的一部分,在單電源+5V的條件下,共模輸入范圍是0-3.5V.其實由于運放正常工作時,同相端和反相端輸入電壓基本是一致的(虛短虛斷),所以“輸入電壓范圍”與“共模輸入電壓范圍”都是一樣的意思。

圖1-1

圖1-2

勿在運放輸出直接并接電容

在直流信號放大電路中,有時候為了降低噪聲,直接在運放輸出并接去耦電容(如圖2-1)。雖然放大的是直流信號,但是這樣做是很不安全的。當有一個階躍信號輸入或者上電瞬間,運放輸出電流會比較大,而且電容會改變環路的相位特性,導致電路自激振蕩,這是我們不愿意看到的。

正確的去耦電容應該要組成RC電路,就是在運放的輸出端先串入一個電阻,然后再并接去耦電容(如圖2-2)。這樣做可以大大削減運放輸出瞬間電流,也不會影響環路的相位特性,可以避免振蕩。

勿在放大電路反饋回路并接電容

如圖3-1所示,同樣是一個用于直流信號放大的電路,為了去耦,不小心把電容并接到了反饋回路,反饋信號的相位發生了改變,很容易就會發生振蕩。所以,在放大電路中,反饋回路不能加入任何影響信號相位的電路。由此延伸至穩壓電源電路,如圖3-2,并接在反饋腳的C3是錯誤的。為了降低紋波,可以把C3與R1并聯,適當增大紋波的負反饋作用,抑制輸出紋波。

注意運放的輸出擺幅

任何運放都不可能是理想運放,輸出電壓都不可能達到電源電壓,一般基于MOS的運放都是軌對軌運放,在空載情況下輸出可以達到電源電壓,但是輸出都會帶一定的負載,負載越大,輸出降落越多。基于三極管的運放輸出幅度的相對值更小,有的運放輸出幅度比電源電壓要小2~6V,比如NE5532.圖4-1就是TI的TLC2272在+5V供電的輸出特性,它屬于軌對軌運放,如果用該器件作為ADC采樣的前級放大(如圖4-2),單電源+5V供電,那么當輸入接近0V的時候,輸入和輸出變得非線性的了。解決的方法是引入負電源,比如在4腳加入-1V的負電源,這樣在整個輸入范圍內,輸出與輸入都是線性的了。