管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
發布時間:2015-01-10 責任編輯:echolady
【導讀】運放是模擬電路中最通用的器件,在電源電路、信號變換調理、ADC采cai樣yang前qian端duan都dou被bei廣guang泛fan的de應ying用yong。雖sui然ran運yun放fang電dian路lu在zai整zheng個ge係xi統tong電dian路lu中zhong較jiao為wei簡jian單dan,但dan是shi卻que容rong不bu得de我wo們men不bu重zhong視shi,使shi用yong過guo程cheng中zhong有you諸zhu多duo的de知zhi識shi需xu要yao我wo們men注zhu意yi。
1、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,輸入電壓的範圍是±13.5V,如果輸入電壓超出範圍,那麼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範圍,而是共模輸入電壓範圍,如圖1-2是TI的TLC2272數據表的一部分,在單電源+5V的條件下,共模輸入範圍是0-3.5V。其實由於運放正常工作時,同相端和反相端輸入電壓基本是一致的(虛短虛斷),所以“輸入電壓範圍”與“共模輸入電壓範圍”都是一樣的意思。

圖1-1

圖1-2
在直流信號放大電路中,有時候為了降低噪聲,直接在運放輸出並接去耦電容(如圖2-1)。雖(sui)然(ran)放(fang)大(da)的(de)是(shi)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao),但(dan)是(shi)這(zhe)樣(yang)做(zuo)是(shi)很(hen)不(bu)安(an)全(quan)的(de)。當(dang)有(you)一(yi)個(ge)階(jie)躍(yue)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)或(huo)者(zhe)上(shang)電(dian)瞬(shun)間(jian),運(yun)放(fang)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)會(hui)比(bi)較(jiao)大(da),而(er)且(qie)電(dian)容(rong)會(hui)改(gai)變(bian)環(huan)路(lu)的(de)相(xiang)位(wei)特(te)性(xing),導(dao)致(zhi)電(dian)路(lu)自(zi)激(ji)振(zhen)蕩(dang),這(zhe)是(shi)我(wo)們(men)不(bu)願(yuan)意(yi)看(kan)到(dao)的(de)。
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,然後再並接去耦電容(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。

圖2-1

圖2-2
3、不要在放大電路反饋回路並接電容
如圖3-1所(suo)示(shi),同(tong)樣(yang)是(shi)一(yi)個(ge)用(yong)於(yu)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)的(de)電(dian)路(lu),為(wei)了(le)去(qu)耦(ou),不(bu)小(xiao)心(xin)把(ba)電(dian)容(rong)並(bing)接(jie)到(dao)了(le)反(fan)饋(kui)回(hui)路(lu),反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)的(de)相(xiang)位(wei)發(fa)生(sheng)了(le)改(gai)變(bian),很(hen)容(rong)易(yi)就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)振(zhen)蕩(dang)。所(suo)以(yi),在(zai)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)中(zhong),反(fan)饋(kui)回(hui)路(lu)不(bu)能(neng)加(jia)入(ru)任(ren)何(he)影(ying)響(xiang)信(xin)號(hao)相(xiang)位(wei)的(de)電(dian)路(lu)。由(you)此(ci)延(yan)伸(shen)至(zhi)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu),如(ru)圖(tu)3-2,並接在反饋腳的C3是錯誤的。為了降低紋波,可以把C3與R1並聯,適當增大紋波的負反饋作用,抑製輸出紋波。

圖3-1

圖3-2
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,一般基於MOS的(de)運(yun)放(fang)都(dou)是(shi)軌(gui)對(dui)軌(gui)運(yun)放(fang),在(zai)空(kong)載(zai)情(qing)況(kuang)下(xia)輸(shu)出(chu)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya),但(dan)是(shi)輸(shu)出(chu)都(dou)會(hui)帶(dai)一(yi)定(ding)的(de)負(fu)載(zai),負(fu)載(zai)越(yue)大(da),輸(shu)出(chu)降(jiang)落(luo)越(yue)多(duo)。基(ji)於(yu)三(san)極(ji)管(guan)的(de)運(yun)放(fang)輸(shu)出(chu)幅(fu)度(du)的(de)相(xiang)對(dui)值(zhi)更(geng)小(xiao),有(you)的(de)運(yun)放(fang)輸(shu)出(chu)幅(fu)度(du)比(bi)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)要(yao)小(xiao)2~6V,比如NE5532。圖4-1就是TI的TLC2272在+5V供電的輸出特性,它屬於軌對軌運放,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,那麼當輸入接近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,這樣在整個輸入範圍內,輸出與輸入都是線性的了。

圖4-1

圖4-2
反饋回路的元器件必須要靠近運放,而且PCB走線要盡量短,同時要盡量避開數字信號、晶振等幹擾源。反饋回路的布局布線不合理,則會容易引入噪聲,嚴重會導致自激振蕩。
6、要重視電源濾波
yunfangdedianyuanlvboburonghushi,dianyuandehaohuaizhijieyingxiangshuchu。tebieshiduiyugaosuyunfang,dianyuanwenboduiyunfangshuchuganraohenda,nongbuhaojiuhuibianchengzijizhendang。suoyizuihaodeyunfanglvboshizaiyunfangdedianyuanjiaopangbianjiayige0.1uF的去耦電容和一個幾十uF的鉭電容,或者再串接一個小電感或者磁珠,效果會更好。
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