--放大器的精度和穩(wěn)定性

1、-放大器的精度和穩(wěn)定性電路結(jié)構(gòu)建議采用典型電路形式和廠商提供的電路，許多電路結(jié)構(gòu)都是經(jīng)過很多工程師們反復(fù)實驗和驗證過的。 采用OP構(gòu)成的放大器電路的精度主要與外部元器件參數(shù)有關(guān)，例如放大倍數(shù)與外接的電阻有關(guān)。 解決放大器的穩(wěn)定性就比較復(fù)雜了，涉及到放大器的電路結(jié)構(gòu)、PCB布局、電源供給、以及放大器所在的系統(tǒng)環(huán)境等等、等等。一些建議如下：與分立器件相比，現(xiàn)代集成運算放大器（op amp）和儀表放大器（in-amp）為設(shè)計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忽視了一些非?；镜膯栴}，從而導(dǎo)致電路不能實現(xiàn)預(yù)期功能或者可能根本不工作放大器

2、電路設(shè)計：如何避免常見問題。 （1）最常遇到的一個應(yīng)用問題是在交流（AC）耦合運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，一只電容器與運算放大器的同相輸入端串聯(lián)以實現(xiàn)AC耦合，這是一種隔離輸入電壓（VIN）的DC分量的簡單方法。這在高增益應(yīng)用中尤其有用，在那些應(yīng)用中哪怕運算放大器輸入端很小的直流電壓都會限制動態(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，會出現(xiàn)問題。 1.jpg (10.44 KB)2011-8-8 18:04圖1 運算放大器AC耦合輸入錯誤的連接形式  （2）在儀表放大

3、器的輸出端和ADC的輸入端之間通常接一個簡單的RC低通抗混疊濾波器以減少帶外噪聲。RC低通濾波器的典型值：R = 50 200， C = 1/(2R F)，按電路的-3 dB帶寬設(shè)置C的取值。 （3）當(dāng)從電源電壓利用分壓器為放大器提供參考電壓時應(yīng)保證PSR性能一個經(jīng)常忽視的問題是電源電壓VS的任何噪聲、瞬變或漂移都會通過參考輸入按照分壓比經(jīng)過衰減后直接加在輸出端。實際的解決方案包括旁路濾波以及甚至使用精密參考電壓IC產(chǎn)生的參考電壓，例如ADR121，代替Vs分壓。當(dāng)設(shè)計帶有儀表放大器和運算放大器的電路時，這方面的考慮很重要。電源電壓抑制技術(shù)用來隔離放大器免受其電源電壓中的交流聲、噪聲

4、和任何瞬態(tài)電壓變化的影響。這是非常重要的，因為許多實際電路都包含、連接著或存在于只能提供非理想的電源電壓的環(huán)境之中。另外電力線中的交流信號會反饋到電路中被放大，而且在適當(dāng)?shù)臈l件下會引起寄生振蕩?，F(xiàn)代的運算放大器和儀表放大器都提供頻率相當(dāng)?shù)偷碾娫措妷阂种疲≒SR）能力作為其設(shè)計的一部分。這在大多數(shù)工程師看來是理所當(dāng)然的。許多現(xiàn)代的運算放大器和儀表放大器的PSR指標在80100dB以上，可以將電源電壓的變化影響衰減到1/10,0001/100,000。甚至最適度的40 dB PSR的放大器隔離對電源也可以起到1/100的抑制作用。不過，總是需要高頻旁路電容并且經(jīng)常起到重要作用。此外，當(dāng)設(shè)計工程師采

5、用簡單的電源電壓電阻分壓器并且用一只運算放大器緩沖器為儀表放大器提供參考電壓時，電源電壓中的任何變化都會通過該電路不經(jīng)衰減直接進入儀表放大器的輸出級。因此，除非提供低通濾波器，否則IC通常優(yōu)良的PSR性能會丟失。 （4）當(dāng)今的許多高速運算放大器都具有片上輸入保護。高速運算放大器的輸入保護有多種形式，其中共模過壓保護、靜電放電 (ESD)保護、輸入差分對保護是一些常見的保護。共模過壓保護主要限制輸入電壓，使之符合放大器的安全工作電壓范圍；靜電放電保護二極管是放大器避免靜電、靜電感應(yīng)以及其他靜電放電事件的影響。這些片上二極管都與放大器輸入、輸出以及電源軌相連，起到保護放大器的作用。在大多

6、數(shù)情況下，這種保護對用戶是透明的；但在某些應(yīng)用中，這種保護可能是電路的致命弱點。在極少數(shù)情況下，輸入保護可能帶來不希望的結(jié)果。例如，考慮一個斷電但有信號輸入的放大器。信號振幅在低于數(shù)百毫伏以內(nèi)時不會出現(xiàn)問題，但是如果信號振幅大于400 mV，就可能產(chǎn)生問題。由于輸入信號較大，輸入保護二極管(D1與D2)將成為正向偏壓的。輸入和輸出之間通過到負載的反饋電阻器形成信號路徑，如圖1.3.13所示。信號大小取決于輸入信號的振幅與頻率。 （5）運算放大器的接地點選擇從有關(guān)的PCB設(shè)計資料的分析可知，在PCB上的兩個接地點之間的電位可能不是完全相等的，如果一個運算放大器電路有一個以上的接地點，如

7、信號源在A點接地，運算放大器在B點接地，A、B兩點之間的地電位差將耦合進入該電路。  （6）差分（或平衡輸入）放大器可以用來降低共模噪聲電壓的影響. （7）采用屏蔽保護措施的運算放大器可以更大程度地減小噪聲。在運算放大器的周圍設(shè)置屏蔽保護，并維持在一個一定的電位，可以防止電流流入不平衡的源阻抗。 對于高增益的前置放大器，為防止電磁干擾，通常采用金屬屏蔽罩進行屏蔽。 （8）運算放大器的單電源工作與低壓工作相同，將電源由±15V或±5V變?yōu)閱?V或3V，縮小了可用信號范圍。因此，其共模輸入范圍、輸出電壓擺幅、CMRR、噪聲及其它對運算放大器的限制變

8、得非常重要。在工程設(shè)計中，常常需要犧牲運算放大器在某方面的性能，以改善另一方面的性能. （9）滿擺幅放大器的共發(fā)射極電路除了具有低輸入-輸出壓差外，其它參數(shù)也與射隨器不同。共發(fā)射極電路提供電壓增益，輸出阻抗相對較高；射隨器則提供單位增益，輸出阻抗較低。因此，滿擺幅運算放大器通常提供一個輸出節(jié)點，用于補償，而標準運算放大器的補償電路一般位于前一級。對于滿擺幅運算放大器，由此產(chǎn)生的增益受負載電流的影響，使其驅(qū)動容性負載時不穩(wěn)定。 （10）正確的為單電源運算放大器電路提供退耦。單電源運算放大器電路需要偏置共模輸入電壓幅度以控制AC信號的正向擺幅和負向擺幅。當(dāng)從電源電壓利用分壓器提供偏置電壓時，為了保證PSR的性能就需要合適的退耦。 （11）為運算放大器的輸入端設(shè)計 “接地環(huán)”或者“保護環(huán)”?！氨Ｗo環(huán)”用來防止雜散電流進入敏感的節(jié)點。其原理很簡單，采用接地導(dǎo)線完全包圍放大器敏感節(jié)點，使雜散電流遠離敏感的節(jié)點。 （12）在單端輸入差分輸出放大器電路中，PCB的對稱設(shè)計是重要的. （13）與ADC連接的放大器必須考慮阻抗匹配、電荷注入、噪聲抑制、輸出精度和輸出驅(qū)動能力等諸多因素。在一個模數(shù)混合的應(yīng)用系統(tǒng)中