運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)與應(yīng)用—電子工程師必備手冊(cè)(下)

1、運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)與應(yīng)用電子工程師必備手冊(cè)(下)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)與應(yīng)用電子工程師必備手冊(cè)(下) 一、運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)典問(wèn)答集粹二、四類運(yùn)算放大器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及其應(yīng)用熱點(diǎn)一、運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)典問(wèn)答集粹1.用運(yùn)算放大器做正弦波振蕩有哪些經(jīng)典電路問(wèn)：用運(yùn)算放大器做正弦波振蕩器在學(xué)校時(shí)老師就教過(guò)，應(yīng)該是一個(gè)常用的電路?，F(xiàn)在我做了幾款，實(shí)際效果都不理想。哪位做過(guò)，可否透露些經(jīng)驗(yàn)或成功的電路？答：(1)用以下方法改進(jìn)波形質(zhì)量：選用高品質(zhì)的電容；對(duì)運(yùn)放的電源進(jìn)行去耦設(shè)計(jì)；對(duì)震蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理。(2) 我曾經(jīng)在鈴流源電路中用到一種帶有AGC電路的文氏電橋振蕩器，用來(lái)產(chǎn)生25Hz的正弦波

2、，如圖所示。圖中使用二極管限幅代替非線性反饋元件，二極管通過(guò) 對(duì)輸出電壓形成一個(gè)軟限幅來(lái)降低失真。文氏電橋或低失真的特性要求有個(gè)輔助電路來(lái)調(diào)節(jié)增益，輔助電路包括從在反饋環(huán)路內(nèi)插入的一個(gè)非線性元件，到由外部元 件構(gòu)成的自動(dòng)增益控制（ AGC）回路。通過(guò) D1對(duì)正弦波的負(fù)半周取樣，且所取樣存于 C1中，選擇 R1和 R2，必須使 Q1的偏置定在中心處，使得輸出電壓為期望值時(shí)，（RG+RQ1）=RF/2。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)， Q1增大電阻，從而使增益降低。在上圖所示的振蕩器中，給運(yùn)算放大器的正輸入端施加 0.833V電源，使輸出的靜態(tài)電壓處在中心位置處(Vcc/2=2.5V），這里Q1多數(shù)用的是小信號(hào)

3、的 MOSFET 2N7000（N溝道，60V，7.5歐），D1則選用 1N4148。以上供你參考。(3)為 克服 RC移相振蕩器的缺點(diǎn)，常采用RC串并聯(lián)電路作為選頻反饋網(wǎng)絡(luò)的正弦振蕩電路，也稱為文氏電橋振蕩電路，如圖 Z0820所示。它由兩級(jí)共射電路構(gòu)成的同相放大器和 RC串并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)組成。由于A= 0，這就要求 RC串并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)某一頻率的相移F2n，才能滿足振蕩的相位平衡條件。下面分析RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性，再介紹其它有關(guān)元件的作用。圖 Z0820中 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在低、高頻時(shí)的等效電路如圖Z0821所示。這是因?yàn)樵陬l率比較低的情況下，（1/C）>R，而頻率較高的情況下，則（

4、1/C）為調(diào)節(jié)頻率方便，通常取 R1 = R2 = R，C1 = C2 = C，如果令 01/ RC，則上式簡(jiǎn)化為：可見(jiàn)，RC串并聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)是頻率的函數(shù)。由式 GS0821可畫出的幅頻和相頻特性，如圖 Z0822所示。由圖可以看出：這就表明 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。因此圖 Z0820電路滿足振蕩的相位平衡條件。如果同時(shí)滿足振蕩的幅度平衡條件，就可產(chǎn)生自激振蕩。振蕩頻率為：一般兩級(jí)阻容耦合放大器的電壓增益 Au遠(yuǎn)大于3，如果利用晶體管的非線性兼作穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，放大器件的工作范圍將超出線性區(qū)，使振蕩波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真。為了改善振蕩波形，實(shí)用電路中常引進(jìn)負(fù)反饋?zhàn)鞣€(wěn)幅環(huán)節(jié)。圖 Z0820中電阻

5、 Rf和 Re引入電壓串聯(lián)深度負(fù)反饋。這不僅使波形改善、穩(wěn)定性提高，還使電路的輸入電阻增加和輸出電阻減小，同時(shí)減小了放大電路對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)的影響，增強(qiáng)了振蕩電 路的負(fù)載能力。通常 Rf用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻（ Rt）代替，能自動(dòng)穩(wěn)定增益。假如某原因使振蕩輸出 Uo增大， Rf上的電流增大而溫度升高，阻值 Rf減小，使負(fù)反饋增強(qiáng)，放大器的增益下降，從而起到穩(wěn)幅的作用。從 圖 Z0820可以看出， RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和 Rf、Re，正好組成四臂電橋，放大電路輸入端和輸出端分別接到電橋的兩對(duì)角線上，因此稱為文氏電橋振蕩器。目前廣泛采用集成運(yùn)算放大器代替圖 Z0820中的兩級(jí)放大電路來(lái)構(gòu)成 RC橋式振蕩器。圖

6、 Z0823是它的基本電路。文氏電橋振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：不僅振蕩較穩(wěn)定，波形良好，而且振蕩頻率在較寬的范圍內(nèi)能方便地連續(xù)調(diào)節(jié)。2.如何估算多級(jí)放大器的頻寬問(wèn)：如果設(shè)計(jì)一個(gè)帶寬為 DC-100MHz的放大器，總增益為 50倍，共三級(jí)放大，運(yùn)算放大器的單位增益帶寬為 1GHz，請(qǐng)問(wèn)如何估算總帶寬？答：(1) 運(yùn)放的增益帶寬積 =增益×（-3dB帶寬），例如，若三級(jí)運(yùn)放增益分配為：第一級(jí)為：+2，那么它的-3dB帶寬=1000MHz/2=500MHz，第二和第三級(jí)的增益 都為+5，那么它的-3dB帶寬=1000MHz/5/1.4=140MHz，所以系統(tǒng)的總增益為2×5×5=

7、50，帶寬為140MHz100MHz， 符合設(shè)計(jì)要求。注：這里假設(shè)所提的1000MHz運(yùn)放的增益帶寬積等于其單位增益時(shí)的-3dB帶寬。(2)估算放大器的帶寬，要用到運(yùn)放帶寬積的概念，帶寬積=增益X（-3dB帶寬）。按專家所給出的以上計(jì)算方法即可估算系統(tǒng)帶寬。(3)3.把負(fù)電壓轉(zhuǎn)成正值問(wèn)：我需要把負(fù)電壓轉(zhuǎn)成正值，范圍是0.494至0.221V，想接一個(gè)反向比例運(yùn)算電路，但是 LM358接出來(lái)不對(duì)，op07可以，但是 op07需要正負(fù) 15v供電，比較麻煩。請(qǐng)各位推薦一個(gè)正負(fù) 5v供電的運(yùn)放，謝謝了。答：(1)不知你要的輸出電壓是多少，可以用SGM358試試電源電壓是正負(fù)2.75（最大）(2)輸出

8、電壓就是正的啊，0.221至0.494V，就是一個(gè)反相比例運(yùn)算電路。我再重說(shuō)一下吧，其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是把一個(gè)0.494至0.221V 的電壓轉(zhuǎn)成正的即可，請(qǐng)大家推薦一種正負(fù)5V供電的運(yùn)放。之前我在multisim上用LM358模擬過(guò)，但是結(jié)果不對(duì)。用op07可以，但是需要正負(fù) 15V供電，比較麻煩。謝謝各位了！(3)樓主的問(wèn)題，首先需要認(rèn)真查看商品的技術(shù)規(guī)范 （.hel.fi/ideaport/d/lm358.pdf），問(wèn)題自然明了。答案是：合格的 LM358在+/-5V電源和RL>=10KOhm的條件下，能夠滿足將幅度低于-1V的低頻或直流信號(hào)

9、做等幅反向轉(zhuǎn)換或傳輸。這里，不要被單電源 運(yùn)放的名稱所迷惑。單電源運(yùn)放依然可以很好地工作在雙電源供電的工作環(huán)境里。不過(guò)是因?yàn)槠浔瘸Ｒ?guī)/標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放具有更寬、更接近Vcc/Vee電源端電壓的輸 入/輸出能力與特性，才有此專稱，兩者的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上相同。通用運(yùn)放在線性傳輸范圍，依然有很多實(shí)際的單電源供電應(yīng)用。樓主在模擬/仿真LM358時(shí)，可能 將供電設(shè)置成正極性單電源的方式，而一般的仿真軟件，可能將輸入電壓條件內(nèi)置為Vcc/Vee電源端電壓的范圍，輸入電壓已經(jīng)超出限度，結(jié)果自然不正常。 從 LM358的PNP差分輸入結(jié)構(gòu)看，+5V單電源結(jié)構(gòu)即有可能基本滿足（一定條件下）初始的要求；而 CA3140（htt

10、p://stores/DataSheets/linear/ca3140.pdf） 的PMOS差分輸入結(jié)構(gòu)在單電源條件下，滿足要求的可能性更大。OP-07運(yùn)放+/-5V也是可正常工作的（http: /www.ortodoxism.ro/datasheets/nationalsemiconductor/OP-07.pdf）。前期分析極為重 要，但還得通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證。一個(gè)反向比例器的驗(yàn)證測(cè)試，在面包板上極為便捷。若有測(cè)量?jī)x器就更為方便與直接（Tek-577-178,BJ4840）。通過(guò) 測(cè)量，還可評(píng)估一下所用仿真工具的智能程度與符合實(shí)際的概率。供參考。4.微弱

11、交流信號(hào)的提取與放大的問(wèn)題問(wèn)：我的有用信號(hào)是1100nA頻率1k10khz的交流信號(hào)，但是接收信號(hào)中又存在1uA左右的直流電流，我應(yīng)該如何把我要的交流電流提取出來(lái)然后放大呢？另外放大部分有什么好的實(shí)現(xiàn)方法么？大概1nA要轉(zhuǎn)換成10mV。答： (1)解決問(wèn)題時(shí)，需要提取焦點(diǎn)的“差異”，從而找出解決問(wèn)題的鑰匙。這里的關(guān)鍵就是：實(shí)現(xiàn)10M歐姆跨阻比例器的直流調(diào)零。關(guān)于電路的具體參數(shù)設(shè)計(jì)，有 時(shí)常與工藝考查緊密相關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推算：4MHz增益帶寬乘積的運(yùn)放與10M歐姆的普通反饋電阻Rf實(shí)現(xiàn)的跨阻比例器的信號(hào)帶寬可達(dá)到40KHz。因此， 對(duì)處于頻率上限邊界的10KHz的正弦頻率分量，會(huì)有-1.83%的最

12、大頻率響應(yīng)衰減。主因就是與Rf等效并聯(lián)的總分布電容Cf（電阻的封裝結(jié)構(gòu)電容+工 藝裝配結(jié)構(gòu)電容-包括運(yùn)放封裝和PCB等空間結(jié)構(gòu)電容）。若此結(jié)果為不可接受的瓶徑，可考慮用兩個(gè)5M歐姆電阻串聯(lián)成一個(gè)10M電阻，等效Cf約可減 半。接近80KHz的電路帶寬產(chǎn)生的最高頻響衰減的影響，將減少到約-0.0335%了。運(yùn)放宜選用Ib<0.1nA（全工作溫度范圍內(nèi)）和高帶寬 的產(chǎn)品，以保證零點(diǎn)的穩(wěn)定和高頻響應(yīng)的要求?；蛘邔?duì)后續(xù)電路的傳輸采取交流隔直方式-以消除零點(diǎn)漂移的影響。運(yùn)放工作電源的交流紋波電壓 應(yīng)<2mVp-p,不宜采用開(kāi)關(guān)電源供電。整個(gè)電路需要采取電場(chǎng)屏蔽措施安裝在屏蔽接地的金屬盒子之中

13、。設(shè)計(jì)的前期考慮越細(xì)致、投入越多，研制 進(jìn)程中翻案、返工、打補(bǔ)丁的機(jī)會(huì)就越少，設(shè)計(jì)質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量才能更高，設(shè)計(jì)成本反而減少，生產(chǎn)的后期成本也越少。反之，結(jié)果趨勢(shì)相反。這些思想，就是那個(gè) 著名的前期高設(shè)計(jì)投入、后期低生產(chǎn)消耗的“投入-消耗成本時(shí)間反比曲線族”的具體體現(xiàn)。確實(shí)反映出設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)踐中的一些客觀規(guī)律。(2)謝謝你給我建議，它對(duì)我有很大的幫助，但是還是有個(gè)問(wèn)題我搞不懂，怎么實(shí)現(xiàn)你說(shuō)的“直流調(diào)零”呢？另外能不能推薦幾款合用的運(yùn)放，再次感謝你。(3) 1uA直流通過(guò)10M歐姆在運(yùn)放輸出端通常產(chǎn)生+10V的輸出電壓。也因此限制了交流信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，并形成諸多不便。將一個(gè)穩(wěn)定的+10V（可用 3

14、296電位器微調(diào)）電壓串接一個(gè)10M電阻連接到運(yùn)放的反向輸入端，形成一個(gè)相反的1uA抵消電流，10M反饋電阻中沒(méi)有電流，輸出直流電壓也因此為零 了LF356、LF411（+/-12V15V雙電源供電），OPA655（+/-5V雙電源供電）。5.紫外線傳感器輸出的電流放大問(wèn)題問(wèn)：傳感器輸出的電流大概是幾十nA左右，但小弟在前面的放大問(wèn)題上就碰到問(wèn)題了，特向高手們請(qǐng)教芯片應(yīng)該怎樣選擇，電路應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)才更好，先謝謝了。答：(1)你可選用FET輸入級(jí)的OP如LF356A；LF351連接成倒相型OP電路；反饋電阻100M歐姆在10V輸出時(shí)相當(dāng)于100nA/1V輸出時(shí)相當(dāng)于10nA,你的傳感器就是輸入端

15、的串聯(lián)電阻；反饋電阻可以不并電容，有屏蔽即可穩(wěn)定工作。(2)選輸入阻抗大的，溫漂小的運(yùn)放如AD8551。注意輸入信號(hào)的屏蔽，可用屏蔽線或雙絞線?？梢詫⑦\(yùn)放的輸入腳在印板的上方與輸入線連接（不要在印板上走線）。這么小信號(hào)，你的傳感器的溫漂會(huì)影響很大。(3)你的信號(hào)剛好允許在無(wú)離子污染的PCB上走線，用129成本稍高，LF351是較經(jīng)濟(jì)的，他的Ib小于 0。01nA剛好合你使用！6.關(guān)于單電源運(yùn)放應(yīng)用問(wèn)：如果輸入信號(hào)以系統(tǒng)地為參考，必須加電容耦合嗎?我實(shí)際測(cè)試，無(wú)論是正，反相輸入，運(yùn)算都不工作。不理解。答：(1) 電容耦合是隔離直流分量的，不工作可能是沒(méi)有靜態(tài)工作點(diǎn)造成的。(2)這個(gè)問(wèn)題我正好遇到

16、過(guò)，我是這樣理解的：a、一般地，噪聲電壓與參考電壓成正比，噪聲則隨參考電流的增加而減小，因此，降低噪聲的有效途徑是采用外部噪聲濾波器，對(duì)電壓參考進(jìn)行濾波以獲得低噪聲性能。b、交流信號(hào)放大電路或音頻放大電路中，也可采用電源偏置電路，將靜態(tài)直流輸出電壓降為電源電壓的一半，基于單電源工作，但輸入和輸出信號(hào)都需要加交流耦合電容。c、采用單電源供電是要付出一定代價(jià)，一些輸出參數(shù)勢(shì)必會(huì)變差，可能出現(xiàn)失真或飽和。因此需要酌情考慮。以上供你參考。(3)一般運(yùn)放以雙電源工作時(shí)是以（V+）+（V-） ）/2=0V作為參考電壓的，運(yùn)放工作在中間的線性區(qū)。運(yùn)放若以單電源供電，仍應(yīng)當(dāng)將電壓參考點(diǎn)設(shè)置在（V+）- 0V）

17、/2=（V+）/2處。若是反相放大器，應(yīng)當(dāng)將同相輸入端的參考電壓設(shè)為 V+/2，反相輸入端的輸入信號(hào)也應(yīng)當(dāng)以 V+/2作為參考點(diǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)接近 0V或 V+時(shí)，會(huì)使運(yùn)放工作在非線性區(qū)，放大器輸出會(huì)出現(xiàn)飽和失真或截止失真。7.如何測(cè)試運(yùn)放的驅(qū)動(dòng)能力？問(wèn)：根據(jù)我現(xiàn)有的設(shè)備，示波器的探頭 R="10M" ohm,C=15pf,實(shí)際上我們?cè)O(shè)計(jì)的運(yùn)放的驅(qū)動(dòng)能力最大才 1Mohm, 5pf，用現(xiàn)有的示波器發(fā)現(xiàn)很難測(cè)試。不知道一般有些什么方法。謝謝!答：要解決這個(gè)問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，根據(jù)信號(hào)帶寬和噪聲要求，你可以在示波器探頭和運(yùn)放輸出端之間加入一個(gè)放大器就可以了，你只要選擇好正確的放大器來(lái)完

18、成這個(gè)中間級(jí)放大器。7請(qǐng)教小信號(hào)放大問(wèn)題問(wèn)：我現(xiàn)在遇到一個(gè)信號(hào)放大問(wèn)題，具體信號(hào)如下：沒(méi)有信號(hào)時(shí)是 7mv的直流電壓，有信號(hào)時(shí)是 7mv為 0，12mv為 1的方波（100k，20%占空比，上升下降沿小于 0.3us)，輸出阻抗 3k。我想放大成ttl電平，請(qǐng)問(wèn)如何搭建電路？用什么運(yùn)放？我原來(lái)用的是 sgm8052和 8552，采用反向放大，單電源。但是不行。因此我想請(qǐng)教一下，應(yīng)該采用什么運(yùn)放？什么電路。最好能夠有一個(gè)電路圖，謝謝了。答：解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方法：a、用交流耦合放大器提取出+5mv的方波，然后進(jìn)行限幅放大器放大，即可得到?jīng)]有相位移動(dòng)的 TTL方波信號(hào)。b、用交流耦合放大器提取出+

19、5mv的方波，并放大到一定信數(shù)，然后用比較器去完成方波信號(hào)到 TTL方波信號(hào)的變換。8用單電源做高低通濾波器問(wèn)：雙電源做高低通濾波器，那是一點(diǎn)問(wèn)題都沒(méi)，但要在單電源中做好好像不是很好，曲線老是不好，有高手可以幫忙嗎？答：(1) 單電源供電作有源濾波器的確很麻煩，關(guān)鍵問(wèn)題是一個(gè)濾波器往往不只一節(jié)，各節(jié)的直流工作點(diǎn)很難協(xié)調(diào)。雙電源就無(wú)此問(wèn)題。但是，有些情況下也是可以解決的， 從末極開(kāi)始，工作點(diǎn)取在 1/2電源電壓處，往前推，逐漸降低工作點(diǎn)電壓，并使無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，末極不要處于飽和或截至狀態(tài)。(2)還不是很明白您說(shuō)的方法，為什么需要從末級(jí)向前逐級(jí)下調(diào)呢？如果單電源時(shí)輸入輸出的靜態(tài)工作點(diǎn)都穩(wěn)定在Vdd/

20、2，和雙電源有什么區(qū)別呢？是因?yàn)榭紤]offset的影響？請(qǐng)指教！(3)濾波器響應(yīng)曲線和供電方式聯(lián)系并不大，只是電路形式需改變而已，主要是改進(jìn)偏置電壓和電流，電平移動(dòng)。當(dāng)然選擇濾波器類型最重要。9. AD620可變?cè)鲆骐娐吩O(shè)計(jì)的問(wèn)題問(wèn)：我 最近想用Ad620作一個(gè)可調(diào)節(jié)增益的放大電路，后面接16位的ADC，所以對(duì)放大電路的精度要求挺高。使用模擬開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)增益電阻達(dá)到增益倍數(shù)的改變。問(wèn) 題是：Ad620的輸入不為差分信號(hào)。我測(cè)量的信號(hào)輸入為單端信號(hào)，我將 IN+接“單端信號(hào)的信號(hào)端”，IN-接“傳感器GND”，輸出為單端電壓信號(hào)，ref輸出接地(和傳感器GND連接)。但是我不知道這樣接是不是不好？

21、可能共模誤差大。有沒(méi)有更好的設(shè)計(jì)方案。如何降低共模誤差？輸入就是兩根線，一個(gè)是傳感器信號(hào)線，另一根是傳感器地線。如果IN-接地，則 IN-上的共模干擾信號(hào)會(huì)直接接到地上減弱，而IN+上的共模干擾信號(hào)依然在，則 AD620輸出不能降低共模噪聲可不可以將輸入浮空，也就是將IN+接“單端信號(hào)的信號(hào)端”，IN-接“傳感器GND”，但是“傳感器 GND”和 Ad62供電的地相互隔離，ref輸出接電源地。這樣輸出信號(hào)為IN+和IN-的差值，如同差分信號(hào)一樣可以降低共模干擾。但是兩個(gè)地電位不同，應(yīng)該會(huì)出 現(xiàn)問(wèn)題，如何才能實(shí)現(xiàn)如上的思路。如何保證IN-接的地和真正的電源地接近，同時(shí)IN-上的共模噪聲依然存在(

22、IN-地和ref引腳接地之間“隔離”)， 這樣AD620的輸出可以最大限度的降低共模噪聲。這種設(shè)計(jì)需要注意什么？如何才能提高信號(hào)精度，因?yàn)楹竺媸?6位的AD。答：樓 主提的問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)單端信號(hào)與差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題非常普遍。問(wèn)題的關(guān)鍵樓主已經(jīng)清楚地表述了：“如果IN-接地，則IN-上的共模 干擾信號(hào)會(huì)直接接到地上減弱，而IN+上的共模干擾信號(hào)依然存在，則AD620輸出不能降低共模噪聲。 ”仔細(xì)分析這個(gè)問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)我們只要搞清楚 AD620是否可以單端使用就可以了。可以把問(wèn)題分成兩種情況看一下：a）如果AD620的IN-可以直接接地使用。因 為傳感器輸出是一個(gè)單端信號(hào)，本來(lái)就有

23、一端是地，如此接法，實(shí)質(zhì)上就是把傳感器和測(cè)量電路這兩個(gè)系統(tǒng)共地而已，不存在不能降低共模噪聲這樣的問(wèn)題。當(dāng)然前 提確認(rèn)是IN-引腳是否能夠直接接地就可以了，這是AD620自身的問(wèn)題，與傳感器無(wú)關(guān)。b）如果AD620的IN-不能接地使用?？梢钥紤]把傳感器的單端信號(hào)通過(guò)一個(gè)差分放大器轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)即可。因此，我覺(jué)得只要測(cè)量電路可以接收單端信號(hào)就可以了，接法不是問(wèn)題的關(guān)鍵。10.運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的精密整流電路，仿真和實(shí)際電路結(jié)果不一致問(wèn)題問(wèn)：我 用運(yùn)放和二極管實(shí)現(xiàn)精密半波整流，電路如圖1所示。半波精密整流電路的輸入電壓是前級(jí)電路（運(yùn)放構(gòu)成的加法器）的輸出信號(hào)（峰值為±5V、頻率為 50Hz的正弦波）

24、，仿真結(jié)果如圖2所示。實(shí)際電路中，運(yùn)放采用±12V供電，運(yùn)放我用過(guò)LM324和OP07，二極管用過(guò)FR103、IN5819、 IN4007，最終的結(jié)果都一樣（直接拿示波器觀察）輸出的半波信號(hào)向下偏移，如圖3所示。我實(shí)驗(yàn)過(guò)很多次了，都是同樣的結(jié)果，現(xiàn)在分析不出具體原因，請(qǐng)高手指教，萬(wàn)分感謝。答：產(chǎn) 生此種現(xiàn)象的原因主要是D1和D2兩個(gè)二級(jí)管反向恢復(fù)電荷抽取時(shí)間的影響，當(dāng)輸入信號(hào)從正電壓變成負(fù)電壓時(shí)，放大器輸出端會(huì)從負(fù)電壓變成正電壓(接 近+12V)，此時(shí)D2導(dǎo)通，運(yùn)放提供電流，電流經(jīng)D2去建立反饋。由于D2,D1的反向電荷沒(méi)有辦法抽取，或抽取電流大小，D1會(huì)維持導(dǎo)通一段時(shí)間，因 此才會(huì)

25、看到實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，建議你在D2正極和運(yùn)放輸出端之間加入一個(gè)K級(jí)電阻值的電阻，運(yùn)放輸出端和整流輸出端對(duì)地接一個(gè)電阻。第二種改進(jìn)方式是用兩個(gè)模 擬開(kāi)關(guān)來(lái)代替兩個(gè)二級(jí)管，增加一個(gè)比較器來(lái)判別INPUT信號(hào)的極性并控制模擬開(kāi)關(guān)的閉合，這是最好的設(shè)計(jì)方式。11.關(guān)于微弱信號(hào)放大問(wèn)：我是做水分析儀器方面的，他們的傳感器的輸出大多十分微弱，比如拿氧來(lái)舉 例：給傳感器供0.7V恒壓，它會(huì)輸出一個(gè)20nA200nA這樣一個(gè)電流，這么微弱的電流簡(jiǎn)直是無(wú)法想象的，功耗、速度、帶寬之類都次之，我看了一些 運(yùn)放的資料，但是即使最高端的也不能完成這個(gè)任務(wù)啊。是不是需要一些復(fù)合的方法或者手段答：(1)你說(shuō)微弱信號(hào)放大應(yīng)該是

26、先進(jìn)行I-V轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行放大，當(dāng)然也可一步到位；實(shí)現(xiàn)這種目的應(yīng)該不難，問(wèn)題在于其SENSOR靈敏度和I-V轉(zhuǎn)換、放大所產(chǎn)生的噪聲電平如何抑制？推薦NS、AD、BB公司的OP，其網(wǎng)站上有詳細(xì)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，應(yīng)該對(duì)你有所幫助。(2)這種情況一般選擇Ib非常小的高精運(yùn)放或者log AMP，對(duì)于信號(hào)范圍較大的，可以在反饋端用模擬開(kāi)關(guān)選擇不同的反饋電阻。(3) 目前我也一直在解決這個(gè)問(wèn)題：遇到的問(wèn)題是若直接利用電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)（Vout=Iin*R,如R=1Mohm），后跟一個(gè)稿輸入阻抗的運(yùn) 放跟隨，發(fā)現(xiàn)由于采樣電阻高，而引入了50HZ的干擾波“采用一個(gè)電阻（比如1Gohm）與一個(gè)低偏置電流較

27、高輸入阻抗的放大器組成一個(gè)跨導(dǎo)放大器 （transconductance amplifier）即可完成IV變換(Vout=Iin*Rf， Rf為跨導(dǎo)-就是那個(gè)1Gohm的電阻，Iin為輸入電流，Vout為放大器的輸入電壓)?！庇幸粋€(gè)疑問(wèn)：1Gohm是否會(huì)引入干擾，如50HZ的周 波。問(wèn)題：50HZ的干擾波該如何消除呢？(4) a、電路設(shè)計(jì)時(shí)注意平衡的處理，盡量平衡，對(duì)于抑制干擾有效，這些在NS、BB（被TI收購(gòu)了）、ADI等公司關(guān)于運(yùn)放的設(shè)計(jì)手冊(cè)中均可以查到。（電流電壓轉(zhuǎn)換，如光電接收電路等）b、推薦加金屬屏蔽罩，將微弱信號(hào)部分罩起來(lái)（開(kāi)個(gè)小模具），金屬體接電路地，可以大大改善電路抗干擾能力。

28、c、nA級(jí)電流已經(jīng)不小了，不要畏難。選擇輸入電流pA級(jí)的運(yùn)放即可。如果對(duì)速度沒(méi)有多大的要求，運(yùn)放也不貴。儀表放大器當(dāng)然最好了，就是成本高些，如果普通運(yùn)放能滿足要求，也可以不用，看你們精度要求了。（儀表放大器平衡性最好，見(jiàn)上面第1條）d、若選用非儀表運(yùn)放，反饋電阻就不要太大了，M歐級(jí)好一些。否則對(duì)電阻要求比較高。后級(jí)再進(jìn)行2級(jí)放大，中間加入簡(jiǎn)單的高通電路，抑制50Hz干擾。(5) 50Hz干擾是經(jīng)常遇到的，不太清楚你的整個(gè)系統(tǒng)（電源，傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，等等）的連接關(guān)系，各部分供電及接地如何處理的。首先你要找出干擾源頭在 哪里，是從傳感器那里來(lái)的，還是在信號(hào)調(diào)理這邊來(lái)的，你可以把信號(hào)調(diào)理電路的

29、輸入端對(duì)地短路使得輸入差分信號(hào)為0，然后觀察放大器輸出有無(wú)干擾。需要注意 的是，如果你用示波器測(cè)量時(shí)使用不當(dāng)，可能造成測(cè)量假象，示波器的地線不能太長(zhǎng)，示波器的 220v電源端地線要接地良好，將示波器探頭地線與信號(hào)線短路（這樣示波器的輸入差分信號(hào)為0），然后接到調(diào)理電路的地上，看有沒(méi)有50Hz的干擾，如果 有，說(shuō)明示波器的測(cè)量受到共模干擾的影響，解決方法：使用220v隔離變壓器給示波器供電，用短的多股編織銅帶連接示波器信號(hào)地和被測(cè)電路地。通常，如果 放大器與傳感器之間的電纜較長(zhǎng)的話，很容易引入50Hz干擾，建議使用屏蔽對(duì)稱電纜來(lái)傳送信號(hào)。(6)對(duì)于微弱信號(hào)的放 大，只用單個(gè)放大器難以達(dá)到好的效果

30、，必須使用一些較特別的方法和傳感器激勵(lì)手段。使用同步檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)可以得到非常好的測(cè)量效果。這種同步檢測(cè)電路類似 于鎖相放大器結(jié)構(gòu)，包括傳感器的方波激勵(lì)，電流轉(zhuǎn)電壓放大器，和同步解調(diào)三部分。電流轉(zhuǎn)電壓放大器需選用輸入偏置電流極低的運(yùn)放。(7)很多傳感器都要加變換電路后才可以送去放大，前端是非常重要的。這個(gè)案例要先做I/V變換后就好處理了。另這種電流的變化對(duì)傳感技術(shù)來(lái)說(shuō)已經(jīng)很可觀的了。(8) 對(duì)于量程最小為20nA的電流測(cè)量，張先生建議采用“交流放大-同步檢測(cè)”的方法。這種方法在弱電量測(cè)量方面有廣泛的應(yīng)用。在弱電流測(cè)量領(lǐng)域（行業(yè)內(nèi)稱測(cè) 量弱電流的儀表為靜電計(jì)），有一種采用振動(dòng)電容做調(diào)制器的測(cè)量弱電

31、流的方法，用一定頻率的交流信號(hào)激勵(lì)振動(dòng)電容的線圈，調(diào)制電容極板上的電場(chǎng)（不影響 電荷，極板之間的DC leakage current幾乎可以忽略不計(jì)），將電荷轉(zhuǎn)換為交變電壓信號(hào)，然后交流放大，再進(jìn)行相敏檢波（或叫做相干解調(diào)，跟張先生所述同步檢測(cè)一個(gè)意思，可用 4個(gè)二極管組成雙平衡形式，輸入的信號(hào)一路是攜帶了輸入信號(hào)的調(diào)制信號(hào)，另一路是），檢波輸出經(jīng)緩沖后接高電阻連到輸入端-所謂高絕緣端 或高端，構(gòu)成一個(gè)跨導(dǎo)放大器。這種方法可以取得很高的靈敏度，抗共模干擾能力特別強(qiáng)，最小可測(cè)電流幾乎只受噪聲特性限制。但是，問(wèn)題的另外一個(gè)方 面，采用這種方式需要的電路復(fù)雜，器件較多，成本上很不具優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上，在弱

32、電流領(lǐng)域，20nA是“非常強(qiáng)”的信號(hào)，根本用不著如此大費(fèi)周折。在所需要的 工作溫度范圍內(nèi)，根據(jù)測(cè)量誤差限的要求（比如全溫范圍內(nèi)小于0.5%），選用輸入失調(diào)電流最大為pA量級(jí)（0.5%誤差要求可選 Ioffset<20nA/1000=20pA）的運(yùn)放，再根據(jù)運(yùn)放datasheet上的共模抑制比、失調(diào)電壓（工作溫度范圍內(nèi)）、輸入阻抗、開(kāi) 環(huán)增益，以及傳感器輸出的 DC共模電壓，進(jìn)一步核算考慮了這些非理想因素帶來(lái)的誤差影響，看最終的結(jié)果能否滿足誤差要求。一般來(lái)說(shuō)，可以選用低偏置電流的儀表運(yùn)放，在共模抑制方面 能有很好的表現(xiàn)。另外，儀表運(yùn)放還可以方便地改變開(kāi)環(huán)增益增益而不影響輸入阻抗（降低失調(diào)電

33、壓的影響需要降低開(kāi)環(huán)增益）。實(shí)際電路中，還要加上調(diào)零電 路，與輸入信號(hào)相連的pcb布線周圍要有大面積地包圍，如要精益求精的話，還可以考慮設(shè)計(jì)一個(gè)guard ring，用來(lái)降低pcb材料帶來(lái)的額外直流漏電（對(duì)這個(gè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)可能用不著）。精度高）(9) 就low-level measurements area來(lái)說(shuō)，你的信號(hào)并不是很弱的信號(hào)。從你的描述來(lái)看，sensor輸出的應(yīng)該是高輸出阻抗弱DC電流信號(hào)，由于信號(hào)本身是搞輸出阻抗的，所以解決問(wèn) 題的關(guān)鍵在于阻抗變換。阻抗變換有很多種方法，對(duì)于處理你這樣的信號(hào)并不難，關(guān)鍵是第一級(jí)的preampier,有很多種方式：a、 采用 IV轉(zhuǎn)換將傳感器的高輸出阻

34、抗電流轉(zhuǎn)換為低輸出阻抗電壓，然后就可用傳統(tǒng)方式進(jìn)行后續(xù)處理。采用一個(gè)電阻（比如1Gohm）與一個(gè)低偏置電流較高輸入阻抗 的放大器組成一個(gè)跨阻放大器（transimpedance amplifier）即可完成IV變換(Vout=Iin*Rf， Rf為跨阻-就是那個(gè)1Gohm的電阻，Iin為輸入電流，Vout為放大器的輸入電壓)。如果量程較寬（超過(guò)103數(shù)量級(jí)），可通過(guò)高絕緣阻抗繼電 器對(duì)不同的反饋電阻進(jìn)行切換。具體設(shè)計(jì)取決于你的量程范圍，精度，漂移等要求放大器最好用儀表放大器（Instrumentation OP AMP），就是那種內(nèi)部結(jié)構(gòu)中+,-輸入端各有一個(gè)獨(dú)立的放大器的那種。主要根據(jù)你的要

35、求看 Ibias, Ioffset, Voffset, CMMR（包括溫漂）b、采用直接IFC方法，將弱電流直接轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號(hào)，無(wú)需量程切換即可達(dá)到很寬量程覆蓋。(10) 當(dāng)反饋電阻為1G歐姆的時(shí)候，電阻的熱噪音等等參數(shù)都是很不理想的，所以不要用那么高的反饋電阻。而且電阻精度對(duì)電路的影響也很大,可以考慮才用過(guò)個(gè)T型 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，但不推薦使用。 Rf選擇不要太大如果信號(hào)幅值不夠的話，可以采用二級(jí)放大。50HZ干擾并不是因?yàn)槟愕腞f大而引入的。你可以采用屏蔽，接地的方法消除公頻干擾，也可考 慮二階低通濾波電路。那要具體看你的信號(hào)了。(11)關(guān)于PCB板材選環(huán)氧玻璃布板外層涂環(huán)氧樹(shù)脂漆，但一定

36、要求制版商清洗無(wú)離子污染，在輸入部位，版圖上要“畫圓圈”接地，防止漏泄電流，要用好的電纜作輸入線，超過(guò)100兆歐才要“架空線”，如果是多量程，那轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或繼電器也要仔細(xì)選擇！(12) 采用反饋系數(shù)為1（反饋電阻直接串接在-輸入端和輸出之間）的電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，跟采用反饋系數(shù)小于1（所謂T網(wǎng)絡(luò)反饋，其實(shí)是輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓后，再 串聯(lián)一個(gè)比分壓網(wǎng)絡(luò)阻值高得多的電阻連到-輸入端）的電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在通帶一致的情況下其噪聲特性是相同的。電阻具體用多大，要依據(jù)最大輸入電流信號(hào)和 運(yùn)放最大輸出電壓（跟運(yùn)放供電的電源電壓密切相關(guān)）確定，如果采用+-3v對(duì)運(yùn)放供電，考慮運(yùn)放線性輸出區(qū)為+-2v，那么，對(duì)于反

37、饋系數(shù)1的電路，電阻最大可以用： 2v/200nA=10Mohms；對(duì)于采用反饋系數(shù)小于1的電路，電阻最大可以用：2v/200nA*y, y為反饋系數(shù)。實(shí)用的電路，在反饋電阻兩端都要并聯(lián)pf級(jí)的電容，構(gòu)成低通濾波器（當(dāng)然不加電容也是低通，因?yàn)橛懈唠娮璧募纳娙?，運(yùn)放的低通頻率特性），用這個(gè)低通特性衰減低頻噪聲。低通截至頻率越小，輸出信噪比越高，但是得到穩(wěn)定讀數(shù)時(shí)間變長(zhǎng)，實(shí)際需要在2者間求平衡。考慮到運(yùn)放的失調(diào)電壓和輸入共模干擾電壓的影響，反饋電阻在滿足上面最大電阻和本身穩(wěn)定性前提下，盡量取較大值。至于電路板，20nA最小電流并不需要特殊板材，普通FR4足夠了，這種板材干燥情況下的絕緣電阻不低于

38、 10e13 ohms，足夠了。只是如果不采用高端（所有與運(yùn)放-輸入端相連的點(diǎn)）浮空的方法，則在焊接完元器件后，要對(duì)電路板表面作防潮處理（涂覆絕緣漆）。(13) 傳感器如果離開(kāi)電路在10米左右，用屏蔽的聚乙烯介質(zhì)電纜足夠，最好不要搖晃電纜，傳感器附近不能有電場(chǎng)干擾。如果有，后面要加條件處理，不知道你的“測(cè) 試源”條件如何？傳輸距離很遠(yuǎn)，也可以將前級(jí)用理電池供電，安放在傳感器附近，甚至可以加用一個(gè)V-I變換器輸出4-20MA，傳輸距離更遠(yuǎn)。(14) 1千兆級(jí)的取樣電阻肯定引入了干擾，除了屏蔽輸入及和輸入電纜外還要仔細(xì)屏蔽信號(hào)源，這里有技巧！如果干擾不太大，后面好歹加一些條件處理即可。(15) 你

39、肯定可以用電纜傳輸，關(guān)鍵是你的“采樣點(diǎn)”是敞開(kāi)的嗎？可以加一個(gè)金屬網(wǎng)罩嗎？如果傳感器“夾在電機(jī)繞組內(nèi)”還要想辦法“隔離”電場(chǎng)干擾，或者你全部用 電池供電，再屏蔽，輸出信號(hào)用光-電耦合器傳輸至A-D；電位差計(jì)時(shí)低阻抗信號(hào)源，沒(méi)問(wèn)題！但是你要?jiǎng)?chuàng)造的是電流源，小電流源是需要屏蔽的！(16) 采用AD方法當(dāng)然沒(méi)有問(wèn)題。0.1nA的分辨率問(wèn)題也不大（如果是準(zhǔn)確度的話就是極大挑戰(zhàn)了）。要做到6個(gè)數(shù)量級(jí)的寬量程覆蓋，進(jìn)行量程切換無(wú)疑是準(zhǔn)確度 最好的方法。至于IV之后進(jìn)行VF還是直接 AD，都可以，VF本身也是一種特殊形式的AD(輸出的數(shù)字量是單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)-脈沖頻率)。量 程切換有其固有缺點(diǎn)，比如需要

40、低漏電的切換開(kāi)關(guān)，如果是電子開(kāi)關(guān)的話對(duì)開(kāi)關(guān)本身的漏電流要求比運(yùn)放偏置電流要求還要高（多個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)漏電加大）；如采用機(jī) 械開(kāi)關(guān)（如干簧繼電器），則存在體積大、切換時(shí)會(huì)有較大靜電荷沖擊等缺陷以本人淺見(jiàn)，直接進(jìn)行弱電流到頻率的轉(zhuǎn)換，是進(jìn)行寬量程覆蓋的較好方式。(17) 前面的帖子已經(jīng)說(shuō)明了，這些形式的AD本身都沒(méi)有。有問(wèn)題的焦點(diǎn)是：IV變換難以做到6個(gè)或以上數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍，所以你在后面的AD動(dòng)態(tài)范圍再大，也無(wú) 幫助。一個(gè)數(shù)據(jù)，本人當(dāng)年采用的直接IF轉(zhuǎn)換（沒(méi)有IV的中間環(huán)節(jié)）弱電流測(cè)量，其動(dòng)態(tài)范圍超過(guò) 8個(gè)數(shù)量級(jí)，測(cè)量下限1fA，分辨率0.1fA(18) I-C變換器的確是測(cè)量PA級(jí)以下電流的“計(jì)量

41、”的好方法（如果你不是“514”所的，可否回復(fù)我的疑問(wèn)），那個(gè)I-C變換器是為“計(jì)量”所用（適當(dāng)?shù)姆?圍不是不能實(shí)用），在“現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試”工作中它的工作成本；實(shí)用安全性-特別是那個(gè)“C”在生產(chǎn)中挑選的難度恐怕只有你和我知道-電容的殘余電荷的問(wèn)題，恐怕 難于在推廣中實(shí)際檢測(cè)小電流的可靠性！難道現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)能夠等待C用“毫HZ”級(jí)別的時(shí)間去測(cè)量過(guò)時(shí)的信號(hào)，除此以外，在已經(jīng)解決好高阻標(biāo)準(zhǔn)之后，I-V變換 器具有實(shí)際的可靠的（20年）重復(fù)性KEITHLEY的617型儀器便是一例，動(dòng)態(tài)范圍是由模擬器件決定的，I-C的“I”是何物！只要測(cè)量模擬信號(hào) 當(dāng)今的數(shù)字信號(hào)如何自己檢測(cè)模擬信號(hào)！I-C的輸入級(jí)是模擬器件，所

42、以I-C；I-V；動(dòng)態(tài)范圍是等同的?。ǔ翘匾庋娱L(zhǎng)時(shí)間）。我在回復(fù)SANMING先生問(wèn)題時(shí)是考慮他的實(shí)用特性，I-C變換器的確是很理想的方法，“高電阻”器件本身的計(jì)量也是使用此法！(19)“電容的殘余電荷”在弱電流測(cè)量中是一個(gè)大的問(wèn)題。 Keithley公司的“l(fā)ow level measurements handbook”中有系統(tǒng)的描述。對(duì)于非常弱的電流測(cè)量（10fA以下），所需要的測(cè)量時(shí)間比較長(zhǎng)才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電流越弱，達(dá)到一定準(zhǔn)確度需要的測(cè)量時(shí)間越長(zhǎng)。在非常小的弱電流測(cè)量實(shí)踐中往往需要小時(shí)數(shù)量級(jí)的測(cè)量時(shí)間才能得到穩(wěn)定的讀數(shù)。換句話說(shuō)，需要測(cè)量的電流越弱，測(cè)量系統(tǒng)的帶寬越小，因?yàn)橄到y(tǒng)中的

43、熱噪聲是確定存在的，信號(hào)越弱只能降低測(cè)量帶寬換取信噪比。12.為什么信號(hào)頻率增加，共模抑止比（CMRR）和電源抑止比（PSRR）就會(huì)下降呢？問(wèn)：請(qǐng)教：為什么信號(hào)頻率增加，共模抑止比（CMRR）和電源抑止比（PSRR）就會(huì)下降呢？謝謝高人解答答：(1) 提供共模和電源抑制比性能的電路結(jié)構(gòu)是恒流源，即差分放大器共源（對(duì)于MOS電路）或共射（對(duì)于雙極電路）結(jié)點(diǎn)的恒流源，或作為放大器負(fù)載的恒流源。這些 恒流源中的晶體管或MOS管的參數(shù)會(huì)隨著信號(hào)頻率的升高而變化，引起恒流作用的劣化和內(nèi)阻的降低，甚至引起相位失真，使抑制比下降。如果這些恒流源都用電 阻替代有源電路，就不會(huì)太受頻率的影響，但是其抑制比參數(shù)和

44、增益也不會(huì)很高。(2) 將問(wèn)題反過(guò)來(lái)，首先區(qū)分出CMRR和PSRR的影響因素，就會(huì)明白其中有一個(gè)就是頻率問(wèn)題。13.運(yùn)放工作在弱反型區(qū)的問(wèn)題？問(wèn)：我在設(shè)計(jì)一個(gè)音頻功率放大器時(shí)，為了提高SNR，讓放大器輸入管的寬長(zhǎng)比做得很大，導(dǎo)致輸入差分對(duì)管工作在弱反型區(qū)，這樣做是否對(duì)性能什么影響？答：(1) 寬長(zhǎng)比增大為何會(huì)進(jìn)入弱反型？弱反型的效果大致可以用三極管特性模擬gm變小，小信號(hào)阻抗也變小，會(huì)導(dǎo)致增益下降ft下降吧，書上說(shuō)適合用于低功耗低頻電路(2)輸入管Gm增大可減小噪聲。由EKV-model，弱反型區(qū)Gm=Id/(n*Vt)，強(qiáng)反型區(qū)Gm=2*n*Id/Veff，例如典型的Veff=300mV，則

45、可得弱反型與強(qiáng)反型下的Gm之比為5.6，因此可用于提高SNR。弱反型的同時(shí)適用于低壓低功耗設(shè)計(jì)。所引起的問(wèn)題，我想是因?yàn)檩斎牍艿某叽缈赡軙?huì)很大。一方面W/L很大；另一方面為了抑制1/f噪聲，L也需要很大，以使溝道面積WL增加。兩方面結(jié)合起來(lái)使得在差分對(duì)管上出現(xiàn)大的電容，增加了零極點(diǎn)，對(duì)相位裕度帶來(lái)一定難度。事 實(shí)上，為了人為地使管子工作于弱反型區(qū)，而且通過(guò)所需的電流，因此管子的尺寸就必須要比強(qiáng)反型的情況下大很多。而此時(shí)的問(wèn)題，一方面Vds會(huì)很大，可能會(huì) 為后級(jí)工作點(diǎn)的選取帶來(lái)不便，令一方面，和之前提到的一樣，管子尺寸變大導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電容加大，在輸入差分對(duì)管上引入新的低頻零點(diǎn)極點(diǎn)，使相位裕度變差。1

46、4.雙電源運(yùn)放改單電源，為什么要取其中點(diǎn)電壓供電？問(wèn)：能否從原理角度詳細(xì)分解？還有怎么選擇此電壓對(duì)幅度的限制？還有 -3dB的概念怎么解釋？答：(1) 因?yàn)橐话愕倪\(yùn)算放大器是用來(lái)對(duì)交流信號(hào)作放大作用的，交流信號(hào)在經(jīng)過(guò)運(yùn)放時(shí)如果只是和地電平做比較的話，將會(huì)把交流信號(hào)的下半部分“吞噬”掉。所以我們采用電源的中點(diǎn)電壓作比較的話，負(fù)半周的交流信號(hào)可以幾乎沒(méi)有損耗的被放大。這也就是大家常說(shuō)的抬高交流信號(hào)的直流電平。(2) 如果只是對(duì)直流信號(hào)放大(正電壓)，我覺(jué)得可以不加中點(diǎn)啊，如果加電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸出要求電壓，也可不必將中點(diǎn)電位抬到一半，可以這樣理解：運(yùn)放加的兩電壓 (+15V +15V和0V -15V和

47、0V等)根據(jù)輸出要求不同，中點(diǎn)電位只要在兩電壓之間就可以，中點(diǎn)電位與上下電源差值決定輸出大小(不失真時(shí)的)。以我的經(jīng)驗(yàn)，單電源的中點(diǎn)電 位是針對(duì)運(yùn)放的所有輸入和輸出腳的，要求高點(diǎn)的場(chǎng)合還要求相位不能偏移(如高檔的低音炮等)，也就是說(shuō)用電容隔直還滿足不了要求。(3) 這要看ICMR（input common mode voltage range)了，如果輸入范圍很寬比如rail-to-rail，那未必需要將輸入鉗制在vdd/2。15.關(guān)于弱信號(hào)提取和放大問(wèn)：我要做一個(gè)弱信號(hào)的提取和放大電路，問(wèn)題在于我的弱交流信號(hào)是疊加在一個(gè)強(qiáng)直流信號(hào)之上的。弱信號(hào)為 10nA、8Hz交流電流，直流信號(hào)強(qiáng)度為1.

48、4mA，請(qǐng)問(wèn)各位大俠，我如何才能把交流信號(hào)提取、放大呢？答：你 好，可用一個(gè)由積分器等構(gòu)成的調(diào)零反饋電路將跨阻放大器輸出的大直流信號(hào)穩(wěn)定地消除。根據(jù)交流信號(hào)的傳輸準(zhǔn)確性要求，可適當(dāng)選擇積分器通帶頻率fL為 8Hz的1/n,既：8Hz=n*fL，通常選n為4-7。有許多70年代的調(diào)零應(yīng)用和文獻(xiàn)，得查一下。此狀況與一些微弱光信號(hào)檢測(cè)極為相似。16.請(qǐng)問(wèn)運(yùn)放上的+-15V電壓不穩(wěn)定是不是也影響輸出波形？問(wèn)：請(qǐng)問(wèn)運(yùn)放上的+-15V電壓不穩(wěn)定是不是也影響輸出波形？答：(1) 電源電壓的波動(dòng)會(huì)影響到輸出的，但是對(duì)于輸出能影響到多少，運(yùn)放中有個(gè)參數(shù)PSRR可以體現(xiàn)出來(lái)，例如PSRR80dB就是說(shuō)電源每變化1

49、V輸出變化100uV。(2)不穩(wěn)定的電壓當(dāng)然會(huì)影響輸出波形，影響幅度取決于運(yùn)放的PSRR。要解決這個(gè)問(wèn)題，需要加強(qiáng)運(yùn)放的去耦設(shè)計(jì)和電源的設(shè)計(jì)(一般用LDO線性電源給運(yùn)放供電)。(3) 你好！PSRR是電源抑制比的總稱。一般有3個(gè)具體參數(shù)：+PSRR，-PSRR，+/-PSRR。表示從某個(gè)電源端或兩個(gè)電源端分別或同時(shí)異向低頻變化，在運(yùn)放差分輸入端引入的傳輸或影響量值。如所分析的：?SVps=1V的電源變化，在PRSS=80dB運(yùn)放輸入端，導(dǎo)致?SVdi=100uV的變化（PSRR=20log?SVps/?SVdi）。于是運(yùn)放輸出電壓產(chǎn)生的變化：?SVo=?SVdi（1+Rf/Ri）；Rf-反饋電

50、阻，Ri:輸入電阻。供參考。17. AD采樣中運(yùn)放的運(yùn)用問(wèn)：如果我用于采樣的信號(hào)的電壓范圍正好和AD的輸入電壓范圍相同，我是否可以不用運(yùn)放直接連接？為什么要用運(yùn)放來(lái)進(jìn)行阻抗匹配？怎么匹配？運(yùn)放怎么選擇？先連接運(yùn)放然后用RC濾波還是直接將運(yùn)放做成有源濾波器？答：(1) 本人看法：為交流或直流信號(hào)，有必要加運(yùn)方，可有隔離，濾波作用順便討論一個(gè)問(wèn)題：若一個(gè) ADC的速度為200KSPS，那是說(shuō)明它的采樣頻率為200KHz嗎？那根據(jù)奈奎斯特定理，能采的信號(hào)最高頻為 100KHz，不知這么理解對(duì)不對(duì)？(2) 對(duì)的，ADC的速度為200KSPS，根據(jù)奈奎斯特定理，能采的信號(hào)最高頻為100KHz，已經(jīng)到極限

51、。不過(guò)我認(rèn)為：如果待測(cè)電壓的內(nèi)阻遠(yuǎn)小于測(cè)量電路輸 入端的內(nèi)阻，且待測(cè)電壓小于測(cè)量電路允許值時(shí)不需要加運(yùn)放，優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)潔，免調(diào)整，減小累計(jì)誤差。濾波可根據(jù)需要考慮。(3)多謝回復(fù)！再問(wèn)一下您，若被采集信號(hào)為交流量，那么輸出的數(shù)據(jù)應(yīng)該是瞬時(shí)值吧，那這些值是再輸入到比如DSP中，通過(guò)軟件計(jì)算出有效值呢？還是通過(guò)什么數(shù)字濾波器之類的，濾出有用頻段的信號(hào)？(4) 這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該從你設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要求來(lái)確定，如果要求輸出圖形你的濾波器頻帶寬度必須放寬，特別是高頻段，保證圖形不失真。如果要求測(cè)量并實(shí)時(shí)顯示數(shù)值，應(yīng)該 保證在視覺(jué)觀察無(wú)閃爍的時(shí)間內(nèi)計(jì)算信號(hào)最精確的平均值，濾波器頻帶寬度可以窄到濾除你不想要的數(shù)據(jù)。如果不需顯示單純做記錄儀，最好完整的保存數(shù)據(jù)，濾波 器應(yīng)該濾除理論上信號(hào)源不可能產(chǎn)生的頻率。以上談的其實(shí)也是數(shù)字技術(shù)在電子測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)。(5)多謝回復(fù)，還想跟您討論 一下，比如ADC采樣交流信號(hào)后，僅要求顯示，不輸出圖形，若以 T秒采樣那么得到的信號(hào)就會(huì)以1/T的頻率重復(fù)原始頻譜，那么是否需要一個(gè)數(shù)字濾波器濾掉與原信號(hào)頻譜不同的頻率，還是是否應(yīng)該計(jì)算的是有效值呢？若為