放大器設計中常見基本問題的解決辦法

來源：廣電電器網  作者：秩名2014年06月04日 10:11

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[導讀] 本文將詳細介紹一下在集成運算放大器和儀表放大器與分立器件設計中最常見的應用問題，以給予設計者以提醒。

關鍵詞：儀表放大器運算放大器

　　最常遇到的一個應用問題是在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回路。如上圖所示，一只電容器與運算放大器的同相輸入端串聯以實現耦合，這是一種隔離輸入電壓Vin的DC分量的簡單方法，這在高增益應用中尤其有用，在那些應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范圍，甚至導致輸出飽和。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通路會出現問題。

　　AC耦合時缺少DC偏置電流回路

　　實際上，輸入偏置電流會流入耦合的電容器，并給它充電，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到極限。根據輸入偏置電流的極性，電容器會充電到電源的正電壓或負電壓，放大器的閉環DC增益放大偏置電壓。這個過程可能會需要很長時間，例如，一只場效應管輸入放大器，在lpA的偏置電流與一個0.1霧電容器耦合時，其充電速奉I/C為10的-12次方/10的-7次方=lO霽/s.如果增益為100，那么輸出漂移為每分鐘0.06V.因此，一般實驗室測試（使用AC耦合示波器）無法檢測到這個問題，而電路在數小時之后才會出現問題。顯然，完全避免這個問題非常重要。

　　上圖所示為對出現這一問題的解決方法，這里，在運算放大器輸入端和地之間接一只電阻，為輸入偏置電流提供一個對地回路，為了使輸入偏置電流造成的失調電壓最小，當使用雙極性運算放大器時，應該使其兩個輸入端的偏置電流相等，所以，通常應將Rl的電阻值設置成等于R2和R3的并聯阻值。然而，應該注意的是，該電阻Rl總會在電路中引入一些噪聲，因此要在電路輸入阻抗、輸入耦合電容的尺寸等之間進行折中，典型的電阻值為100000Ω-1MΩ之間。

　　類似的問題也會出現在儀表放大器電路中，上圖所示為使用兩只電容進行AC耦合的儀表放大器電路，沒有提供輸入偏置電流的返回路徑，這個問題在使用雙電源和單電源供電的儀表放大器電路中都常見。這類問題也會出現在變壓器耦合放大器電路中，如下圖所示，如果變壓器次極電路中沒有提供DC對地回路，該問題就會出現。

　　上圖和下圖為這些電路的簡單解決辦法，這里，在每一個輸入端和地之間都接一個高阻值的電阻（RA、RB），這是一種適合雙電源儀器放大器電路的簡單而實用的方法。這兩只電阻為輸入偏置電流提供了放電回路，在圖5所示的雙電源例子中，兩個輸入端的參考端都接地。在圖5所示的單電源例子中，兩個輸入端的參考端接地或者接一個偏置電壓，通常偏置電壓為最大輸入電壓的l/2.

　　同樣的原則也可以應用到變壓器耦合輸入電路（上圖），除非變壓器的次極有中間抽頭，它可以接地或者接VCM.在該電路中，由于兩只輸入電阻之間的失配和兩端輸入偏置電流的失配會產生一個小的失調電壓誤差。為了使失調誤差最小，在儀表放大器的兩個輸入端之間可以再接一只電阻（即橋接在兩只電阻之間），其阻值大約為前兩只電阻的l/10.

　　為放大器和ADC提供參考電壓

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