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运算放大器，对于学工科的学生来说是一个耳熟能详的词。运算放大器作为最通用的模拟器件，广泛运用于信号变换调理、ADC采样前端和电源电路等场合。大家在学习模电课程的时候，都已经学会了运放的设计。然而在使用运放的时候，又有哪些需要注意的呢？) i1 B% L8 F$ X$ M2 F; L H7 o1 x
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1、注意输入电压是否超限' X2 h, S- }9 J8 A
$ V5 i. o% t; s* A& ^图1-1是ADI的OP07数据表中的输入电气特性的一部分，可以看到在电源电压±15V的条件下，输入电压的范围是±13.5V，如果输入电压超出范围，那么运放就会工作不正常，出现一些意料不到的情况。6 G6 U% U3 D" O; _) q
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% G: c1 y. u4 o* J D& N图1-1
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: C- s# ~: d) g# V0 v& H) r4 q而有一些运放标注的不是输入电压范围，而是共模输入电压范围，如图1-2是TI的TLC2272数据表的一部分，在单电源+5V的条件下，共模输入范围是0-3.5V.其实由于运放正常工作时，同相端和反相端输入电压基本是一致的(虚短虚断)，所以“输入电压范围”与“共模输入电压范围”都是一样的意思。0 X7 v2 o+ _6 D
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图1-24 N) d3 o( O' l0 q
* J V8 p G3 O2、不要在运放输出直接并接电容
4 Y, N9 d* s! t: }$ F; C F/ n% ^2 J/ M
在直流信号放大电路中，有时候为了降低噪声，直接在运放输出并接去耦电容(如图2-1)。虽然放大的是直流信号，但是这样做是很不安全的。当有一个阶跃信号输入或者上电瞬间，运放输出电流会比较大，而且电容会改变环路的相位特性，导致电路自激振荡，这是我们不愿意看到的。& _) [* H9 e, W
: Q7 Z6 V! D* [+ C* e' X正确的去耦电容应该要组成RC电路，就是在运放的输出端先串入一个电阻，然后再并接去耦电容(如图2-2)。这样做可以大大削减运放输出瞬间电流，也不会影响环路的相位特性，可以避免振荡。3 m2 R. P/ T$ ~! @% b7 e
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2 R& M" f4 Q6 Q3、不要在放大电路反馈回路并接电容
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如图3-1所示，同样是一个用于直流信号放大的电路，为了去耦，不小心把电容并接到了反馈回路，反馈信号的相位发生了改变，很容易就会发生振荡。所以，在放大电路中，反馈回路不能加入任何影响信号相位的电路。由此延伸至稳压电源电路，如图3-2，并接在反馈脚的C3是错误的。为了降低纹波，可以把C3与R1并联，适当增大纹波的负反馈作用，抑制输出纹波。
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: e# C4 S( ^8 ?: ]% O- H& w. Y8 z! O; n" Q- m
4、注意运放的输出摆幅
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0 P& `" e e+ A) s: g任何运放都不可能是理想运放，输出电压都不可能达到电源电压，一般基于MOS的运放都是轨对轨运放，在空载情况下输出可以达到电源电压，但是输出都会带一定的负载，负载越大，输出降落越多。基于三极管的运放输出幅度的相对值更小，有的运放输出幅度比电源电压要小2~6V，比如NE5532.图4-1就是TI的TLC2272在+5V供电的输出特性，它属于轨对轨运放，如果用该器件作为ADC采样的前级放大(如图4-2)，单电源+5V供电，那么当输入接近0V的时候，输入和输出变得非线性的了。解决的方法是引入负电源，比如在4脚加入-1V的负电源，这样在整个输入范围内，输出与输入都是线性的了。9 e% F6 @) S" D) o2 `2 K& Z6 w) Q& Q
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图4-1
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5、注意反馈回路的Layout( ~- @5 R: T! U3 d& z5 I( Y
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反馈回路的元器件必须要靠近运放，而且PCB走线要尽量短，同时要尽量避开数字信号、晶振等干扰源。反馈回路的布局布线不合理，则会容易引入噪声，严重会导致自激振荡。6 }( W6 Z) Y4 B- s' b1 @7 S
$ z% Z' R' n! p2 d6、要重视电源滤波 g9 v( X1 q# x) ]# K+ Q
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运放的电源滤波不容忽视，电源的好坏直接影响输出。特别是对于高速运放，电源纹波对运放输出干扰很大，弄不好就会变成自激振荡。所以最好的运放滤波是在运放的电源脚旁边加一个0.1uF的去耦电容和一个几十uF的钽电容，或者再串接一个小电感或者磁珠，效果会更好。 |
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发表于 2021-9-17 13:18
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