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作者：ZHOUNACHU 算放大器最初誕生時(shí)是用來作為各種模擬信號(hào)的運(yùn)算，這個(gè)名字后來一直沿用至今，但是現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是所謂的“運(yùn)算”了，如今它充當(dāng)?shù)慕巧嗟氖恰靶盘?hào)調(diào)理兼放大”。信號(hào)放大可以說是對(duì)模擬信號(hào)最基本的處理了，放大的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，它在輸入信號(hào)的作用下，通過放大電路將直流電源的能量轉(zhuǎn)化成負(fù)載所獲得的能量，使得負(fù)載從電源獲得的能量大于信號(hào)源所提供的能量，這也就說明，負(fù)載上總是獲得比輸入信號(hào)大得多的電壓或者電流，有時(shí)這兩種情況都發(fā)生。 以下是我們?cè)谑褂?a href="http://www.4huy16.com/keyword/運(yùn)算放大器" target="_blank" class="relatedlink">運(yùn)算放大器時(shí)需要注意的幾個(gè)重要問題，我爭(zhēng)取用最簡(jiǎn)單的原理圖以“看圖說話”的方式來說清楚我要表達(dá)的意思，以免給博友帶來不必要的視覺疲勞，哈哈。 （1）首先應(yīng)該好好理解運(yùn)放的最簡(jiǎn)模型： 從運(yùn)放的原理來說，我們可以將運(yùn)放看成是一個(gè)壓控電壓源，其中，運(yùn)放的輸出由受控電壓源提供，而受控電壓源的控制電壓就是輸入端的差分電壓，如下圖所示： 
（2）運(yùn)放輸出端的電流約束仍然遵循Kirchhoff電流定律：
這里不能認(rèn)為流過反饋電阻Rf的電流和流過負(fù)載電阻RL的電流是相等的，因?yàn)殡娏鱥是“有機(jī)會(huì)”流入運(yùn)放的輸出端的，這是由芯片內(nèi)部的構(gòu)造決定的，尤其是高精度應(yīng)用時(shí)應(yīng)該好好提防這一點(diǎn)。 （3）使用運(yùn)放時(shí)需要注意由電阻自身雜散電容而產(chǎn)生的影響：
這個(gè)反向比例運(yùn)算電路的增益函數(shù)如下：
這里，C1會(huì)使得頻率特性出現(xiàn)尖峰脈沖，而C2會(huì)使得高頻領(lǐng)域的增益下降，從而導(dǎo)致頻率特性惡化！對(duì)于一般的低頻應(yīng)用而言，這個(gè)因素是可以“視而不見”的，但是如果需要低噪聲環(huán)境的話，就需要盡量減小Ri和Rf的阻值，因?yàn)檫@樣可以減小雜散電容的影響，或者干脆使用高精度的電阻也行，如果開發(fā)成本允許的話。 （4）對(duì)于反饋系數(shù)的量化問題不應(yīng)該含糊：
從這兩個(gè)圖可以看出，雖然他們的增益絕對(duì)值是一樣的，都是1，說白了這兩個(gè)電路都可以看作是一個(gè)電壓跟隨器。顯然圖（b）的負(fù)反饋系數(shù)要大，性能應(yīng)該會(huì)更好，但是它防止振蕩的能力卻不如圖（a）的電路，因?yàn)樗鼘?duì)于信號(hào)的變化過于“敏感”。所以在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)，對(duì)于反饋系數(shù)的量化問題是不能含糊的，它很大程度地決定了系統(tǒng)的“穩(wěn)”、 “快”、“準(zhǔn)”這三個(gè)方面。最終的電路設(shè)計(jì)應(yīng)該是這三個(gè)方面的折中，以此達(dá)到傳說中的性能最優(yōu)化。 （5）單電源供電時(shí)需注意輸出電壓擺幅的問題：
如上圖所示，由于是單電源供電，那么運(yùn)放的兩個(gè)輸入端必須加有直流偏壓，而且為了使電路的輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍最大化，一般要求VP=VN=VCC/2。此外，這里運(yùn)放的輸入、輸出端的直流電位不為零，So，需要采用電容（C1、C2）來耦合信號(hào)。 （6）得注意運(yùn)放的輸入寄生電容：
由于運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素，導(dǎo)致運(yùn)放具有數(shù)pF~數(shù)十pF的輸入寄生電容，這自然使得運(yùn)放的穩(wěn)定性變差了，輸入寄生電容會(huì)和輸入電阻一起形成一個(gè)容易被人忽略的LPF，倘若輸入信號(hào)的頻率超過一定值，則就會(huì)丟失信息。這個(gè)頻率值函數(shù)為：
為了解決這個(gè)問題，一般采用如下電路所示的方法：
由于輸入寄生電容使得相位滯后，因此可以用超前相位的補(bǔ)償來防止振蕩，上圖中的CF有相位超前的作用，有效地解決了寄生電容所帶來的問題。通常CF取值要稍大于Ci。 （7）需要防止運(yùn)放進(jìn)入非線性區(qū)，除非該運(yùn)放用于比較器電路：
這是一個(gè)很普通的積分電路。如果輸入信號(hào)的頻率過低的話，則沒有反饋回路了，即此時(shí)電路處于開環(huán)狀態(tài)，也就意味著運(yùn)放的電壓增益非常大，輸出電壓將極易進(jìn)入非線性區(qū)，就失去信號(hào)放大的意義了。為此，我們可以在電容兩端并聯(lián)一個(gè)電阻來加以限制運(yùn)放的增益。如下圖，
（8）對(duì)于輸出電阻應(yīng)該知道是怎么回事：
對(duì)于圖（a）來說，輸出電阻由R決定，而對(duì)于圖（b）來說，由于R放在反饋電路內(nèi)部，所以它的輸出阻抗非常低，驅(qū)動(dòng)能力比圖（a）所示電路顯然要好。 以上只是運(yùn)算放大器的使用注意事項(xiàng)中的幾個(gè)點(diǎn)，更多的得需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷總結(jié)，不斷積累，以及借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，只有這樣，我們才能更好地認(rèn)識(shí)和運(yùn)用運(yùn)算放大器，才有可能把前端信號(hào)調(diào)理地更好。 |
