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管中窺豹!運放知識容不得你不重視!

發(fā)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采樣前端都被廣泛的應用。雖然運放電路在整個系統(tǒng)電路中較為簡單,但是卻容不得我們不重視,使用過程中有諸多的知識需要我們注意。

1、注意輸入電壓是否超限

圖1是ADI的OP07數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)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。

管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
圖1-1
管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
圖1-2
 
2、不要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(huán)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(huán)路的相位特性,可以避免振蕩。

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圖2-1
管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
圖2-2
 
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3、不要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(fā)生了改變,很容易就會發(fā)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(wěn)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(lián),適當增大紋波的負反饋作用,抑制輸出紋波。

管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
圖3-1
管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
圖3-2

4、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?;谌龢O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。

管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
圖4-1
管中窺豹!運放知識容不得你不重視!
圖4-2
 
5、注意反饋回路的Layout

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(shù)字信號、晶振等干擾源。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

運放的電源濾波不容忽視,電源的好壞直接影響輸出。特別是對于高速運放,電源紋波對運放輸出干擾很大,弄不好就會變成自激振蕩。所以最好的運放濾波是在運放的電源腳旁邊加一個0.1uF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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