放大器电路介绍

放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)电(dian)路(lu)，或(huo)(huo)称放(fang)大(da)(da)电(dian)路(lu)，能(neng)增加信(xin)号(hao)的(de)(de)(de)输(shu)出功(gong)率。它透过电(dian)源取得能(neng)量(liang)来(lai)源，以控(kong)制输(shu)出信(xin)号(hao)的(de)(de)(de)波形与(yu)输(shu)入(ru)(ru)信(xin)号(hao)一致，但具(ju)有较大(da)(da)的(de)(de)(de)振幅(fu)。依此来(lai)讲，放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)电(dian)路(lu)亦(yi)可(ke)视为可(ke)调节的(de)(de)(de)输(shu)出电(dian)源，用来(lai)获得比输(shu)入(ru)(ru)信(xin)号(hao)更强的(de)(de)(de)输(shu)出信(xin)号(hao)。放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)四(si)种(zhong)基本类(lei)型(xing)是电(dian)压放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)、电(dian)流放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)、互导(dao)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)和互阻放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)。进一步的(de)(de)(de)区别在于输(shu)出是否是输(shu)入(ru)(ru)的(de)(de)(de)线性或(huo)(huo)非线性表示(shi)。放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)(qi)也可(ke)以通过在信(xin)号(hao)链中的(de)(de)(de)物理位置来(lai)分类(lei)。

性能指标

放大器质量(liang)是通过以下一(yi)系列(lie)指标来衡量(liang)的：

1、增益，输出与(yu)输入信号的幅度之间(jian)的比率

2、带宽(kuan)，有(you)用的频率范(fan)围(wei)的宽(kuan)度

3、效率(lv)(lv)，输出(chu)功(gong)率(lv)(lv)和总(zong)功(gong)率(lv)(lv)消耗之间的(de)比(bi)率(lv)(lv)

4、线(xian)性，输入和输出之间比例性的程(cheng)度

5、噪(zao)声(sheng)，混入到(dao)输(shu)出的(de)不(bu)想听到(dao)的(de)声(sheng)音

6、输(shu)出(chu)动态范(fan)围，最大与最小的有用输(shu)出(chu)电平(ping)的比例(li)

7、摆(bai)率，输(shu)出的最(zui)大变(bian)化率

8、上升(sheng)时(shi)间(jian)，建立时(shi)间(jian)，振(zhen)铃和过冲(chong)的阶跃响(xiang)应表征

9、稳定性，避免自振荡(dang)的能力

放大器类型

放大(da)(da)(da)器(qi)可以依(yi)据它(ta)们(men)的(de)输(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)与(yu)输(shu)(shu)出(chu)属性区分(fen)(fen)规(gui)格。它(ta)们(men)显示(shi)(shi)增(zeng)益(yi)的(de)性质，即输(shu)(shu)出(chu)信号和输(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)信号幅度之间的(de)比例系数。出(chu)依(yi)其增(zeng)益(yi)的(de)种(zhong)类(lei)，可区分(fen)(fen)为电压增(zeng)益(yi)（voltage gain）、电流增(zeng)益(yi)（current gain）、功率增(zeng)益(yi)（power gain），或是其他的(de)单(dan)位(wei)。例如，一(yi)个(ge)互导(dao)放大(da)(da)(da)器(qi)（transconductance amplifier）的(de)增(zeng)益(yi)单(dan)位(wei)是电导(dao)（输(shu)(shu)出(chu)电流除(chu)以输(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)电压）。在(zai)多数情况，输(shu)(shu)入(ru)(ru)(ru)和输(shu)(shu)出(chu)为相同(tong)的(de)单(dan)位(wei)，增(zeng)益(yi)无(wu)需标(biao)示(shi)(shi)出(chu)单(dan)位(wei)(除(chu)了在(zai)强调是电压放大(da)(da)(da)或电流放大(da)(da)(da)的(de)情形下)，实际上经常以db（decibels）标(biao)示(shi)(shi)。

四个基本(ben)类型的放(fang)大器，如下(xia)所示：

电压(ya)放(fang)大器 - 这是放(fang)大器的(de)最常见的(de)类型。输入(ru)电压(ya)被放(fang)大到较大的(de)输出电压(ya)。放(fang)大器的(de)输入(ru)阻(zu)抗(kang)高，输出阻(zu)抗(kang)低(di)。

电流(liu)(liu)放(fang)大(da)(da)(da)器 - 该放(fang)大(da)(da)(da)器能将输入(ru)电流(liu)(liu)变(bian)为一(yi)个较大(da)(da)(da)的输出电流(liu)(liu)。放(fang)大(da)(da)(da)器的输入(ru)阻(zu)抗低，输出阻(zu)抗高。

互导(dao)放大器(qi) - 该放大器(qi)在变(bian)化的(de)输入电压下的(de)响应为提(ti)供(gong)一个相关的(de)变(bian)化的(de)输出电流。

互阻放(fang)大(da)器(qi) - 该放(fang)大(da)器(qi)在变化(hua)的(de)(de)输(shu)入(ru)电(dian)流下(xia)的(de)(de)响应为提供一(yi)个(ge)相关(guan)的(de)(de)变化(hua)的(de)(de)输(shu)出电(dian)压。该设(she)备的(de)(de)其他名称是跨阻放(fang)大(da)器(qi)和电(dian)流电(dian)压转换器(qi)。

在(zai)(zai)实践(jian)中(zhong)，一个放(fang)大(da)(da)器的(de)(de)(de)功率(lv)增(zeng)(zeng)益(yi)将取(qu)决(jue)于所用的(de)(de)(de)源阻抗(kang)和(he)(he)(he)负载阻抗(kang)以(yi)(yi)及(ji)内在(zai)(zai)的(de)(de)(de)电(dian)压/电(dian)流增(zeng)(zeng)益(yi); 而(er)一个射频(pin)（RF）放(fang)大(da)(da)器可以(yi)(yi)具有其最(zui)大(da)(da)功率(lv)传输(shu)(shu)的(de)(de)(de)阻抗(kang)，音(yin)频(pin)和(he)(he)(he)仪表放(fang)大(da)(da)器通常优化输(shu)(shu)入(ru)和(he)(he)(he)输(shu)(shu)出阻抗(kang)，以(yi)(yi)使用最(zui)小的(de)(de)(de)负载并获得(de)最(zui)高的(de)(de)(de)信号完整性。一个声称增(zeng)(zeng)益(yi)为20 dB的(de)(de)(de)放(fang)大(da)(da)器可能具有10倍的(de)(de)(de)电(dian)压增(zeng)(zeng)益(yi)和(he)(he)(he)远超(chao)过20 dB（100功率(lv)比）的(de)(de)(de)可用功率(lv)增(zeng)(zeng)益(yi)，但实际上可以(yi)(yi)提供一个低得(de)多的(de)(de)(de)功率(lv)增(zeng)(zeng)益(yi)，比如输(shu)(shu)入(ru)是一个600 Ω的(de)(de)(de)麦(mai)克风，输(shu)(shu)出接在(zai)(zai)一个47 kΩ的(de)(de)(de)功率(lv)放(fang)大(da)(da)器的(de)(de)(de)输(shu)(shu)入(ru)端上。

放大器电路中常见问题分析

与分立器(qi)件相比(bi)，现(xian)代集(ji)成运算放大器(qi)(op amp)和(he)仪表放大器(qi)(in-amp)为设计(ji)工程师带来(lai)了许(xu)多好处(chu)。虽然提供了许(xu)多巧妙(miao)、有用(yong)并且(qie)吸(xi)引人(ren)的电路(lu)。往往都是这样，由(you)于仓促地组装电路(lu)而会(hui)忽(hu)视了一些非常基本的问(wen)题(ti)，从而导致电路(lu)不能实现(xian)预(yu)期功能 - 或者可能根本不工作(zuo)。本文将(jiang)讨(tao)论(lun)一些最常见的应(ying)用(yong)问(wen)题(ti)，并给(ji)出实用(yong)的解决方案。

AC耦合时缺少DC偏置电流回路

最常(chang)遇到的(de)一个(ge)应用(yong)问(wen)题(ti)(ti)是在交(jiao)流(liu)(AC)耦(ou)合(he)运算放大(da)器(qi)或(huo)仪表放大(da)器(qi)电(dian)(dian)路中(zhong)没有提(ti)供(gong)偏置电(dian)(dian)流(liu)的(de)直流(liu)(DC)回路。在图1中(zhong)，一只电(dian)(dian)容(rong)器(qi)与(yu)运算放大(da)器(qi)的(de)同相输(shu)入(ru)(ru)端串联以(yi)实(shi)现AC耦(ou)合(he)，这是一种隔离(li)输(shu)入(ru)(ru)电(dian)(dian)压(ya)(VIN)的(de)DC分量的(de)简单方法。这在高增益应用(yong)中(zhong)尤(you)其有用(yong)，在那(nei)些(xie)应用(yong)中(zhong)哪怕运算放大(da)器(qi)输(shu)入(ru)(ru)端很小的(de)直流(liu)电(dian)(dian)压(ya)都会限(xian)制动态(tai)范(fan)围(wei)，甚至导致输(shu)出饱和。然而，在高阻抗输(shu)入(ru)(ru)端加电(dian)(dian)容(rong)耦(ou)合(he)，而不为同相输(shu)入(ru)(ru)端的(de)电(dian)(dian)流(liu)提(ti)供(gong)DC通路，会出现问(wen)题(ti)(ti)。

图1.错误的运算放(fang)大器AC耦合输(shu)入(ru)

实际上，输(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)偏置电流(liu)会(hui)流(liu)入(ru)(ru)耦合的(de)电容器，并为它充电，直(zhi)到超过放大(da)(da)器输(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)电路(lu)的(de)共模电压(ya)的(de)额定值或(huo)(huo)使输(shu)(shu)(shu)出达到极限。根(gen)据输(shu)(shu)(shu)入(ru)(ru)偏置电流(liu)的(de)极性(xing)，电容器会(hui)充电到电源的(de)正电压(ya)或(huo)(huo)负电压(ya)。放大(da)(da)器的(de)闭环(huan)DC增(zeng)益(yi)放大(da)(da)偏置电压(ya)。

这(zhei)个过程可能会需要(yao)很长时间。例如，一(yi)只场效应管(FET)输(shu)入放大器(qi)，当1 pA的偏(pian)置电流与一(yi)个0.1μF电容器(qi)耦合时，其(qi)充(chong)电速率I/C为10–12/10–7=10 μV/s，或每分钟(zhong)600μV。如果增益为100，那么(me)输(shu)出漂移为每分钟(zhong)0.06 V。因(yin)此(ci)，一(yi)般(ban)实验室测试(使(shi)用AC耦合示波器(qi))无法检(jian)测到这(zhei)个问题(ti)，而电路在数(shu)小时之(zhi)后(hou)才会出现(xian)问题(ti)。显然(ran)，完全避(bi)免这(zhei)个问题(ti)非常重要(yao)。

图(tu)2.正确的双电(dian)源供电(dian)运算放(fang)大器AC耦合输入方法

图2示出(chu)了对这常(chang)见问题的(de)一种简(jian)单的(de)解决方案。这里，在运算放大器(qi)输入端(duan)和(he)地(di)(di)之间接一只电(dian)阻器(qi)，为输入偏(pian)置(zhi)(zhi)电(dian)流提供(gong)一个(ge)对地(di)(di)回(hui)路。为了使(shi)(shi)输入偏(pian)置(zhi)(zhi)电(dian)流造成的(de)失调电(dian)压最小(xiao)，当使(shi)(shi)用双(shuang)极(ji)性运算放大器(qi)时，应该使(shi)(shi)其两个(ge)输入端(duan)的(de)偏(pian)置(zhi)(zhi)电(dian)流相等，所(suo)以(yi)通(tong)常(chang)应将R1的(de)电(dian)阻值(zhi)设置(zhi)(zhi)成等于R2和(he)R3的(de)并联阻值(zhi)。

然(ran)而(er)，应该注(zhu)意的是，该电阻(zu)器(qi)R1总(zong)会在电路(lu)中引入(ru)一些噪声，因此要在电路(lu)输(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)、输(shu)入(ru)耦合电容器(qi)的尺寸和电阻(zu)器(qi)引起的Johnson噪声之(zhi)间进行折衷。典型的电阻(zu)器(qi)阻(zu)值一般在100,000Ω ~1 MΩ之(zhi)间。

类似的问(wen)题(ti)也会出现(xian)在仪(yi)表(biao)(biao)放大器(qi)(qi)电(dian)路(lu)中。图(tu)3示出了使用(yong)两只电(dian)容器(qi)(qi)进行AC耦合的仪(yi)表(biao)(biao)放大器(qi)(qi)电(dian)路(lu)，没有提(ti)供输入偏置电(dian)流的返回路(lu)径(jing)。这(zhei)个问(wen)题(ti)在使用(yong)双电(dian)源(图(tu)3a)和单(dan)电(dian)源(图(tu)3b)供电(dian)的仪(yi)表(biao)(biao)放大器(qi)(qi)电(dian)路(lu)中很(hen)常见。

图3.不(bu)工作的(de)AC耦合仪表放大器(qi)实例(li)

这类问题(ti)也(ye)会出(chu)(chu)现在(zai)变(bian)(bian)压(ya)器耦合放(fang)大器电(dian)路(lu)中(zhong)，如图4所示，如果变(bian)(bian)压(ya)器次级电(dian)路(lu)中(zhong)没有提供(gong)DC对地(di)回路(lu)，该问题(ti)就会出(chu)(chu)现。

图4.不工作(zuo)的(de)变压器(qi)耦合仪表(biao)放大器(qi)电路

图5和图6示出了这(zhei)些电路的(de)简单解决方(fang)案。这(zhei)里，在每一(yi)个输入端和地之间都(dou)接一(yi)个高阻值(zhi)的(de)电阻器(RA，BR)。这(zhei)是一(yi)种适合双电源(yuan)仪(yi)表放大(da)器电路的(de)简单而实用的(de)解决方(fang)案

图(tu)5.每个输入(ru)端与(yu)地之(zhi)间(jian)都接(jie)一个高阻(zu)值的电(dian)阻(zu)器以提供必需的偏置电(dian)流回路。

a.双(shuang)电源. b.单(dan)电源.

这两只电(dian)阻器为输(shu)(shu)(shu)入偏(pian)置(zhi)电(dian)流提(ti)供了一(yi)个(ge)放电(dian)回路(lu)。在(zai)(zai)图5所(suo)示(shi)的双(shuang)电(dian)源例子中(zhong)，两个(ge)输(shu)(shu)(shu)入端(duan)的参考(kao)端(duan)都接(jie)地(di)(di)。在(zai)(zai)图5b所(suo)示(shi)的单电(dian)源例子中(zhong)，两个(ge)输(shu)(shu)(shu)入端(duan)的参考(kao)端(duan)或者(zhe)接(jie)地(di)(di)(VCM接(jie)地(di)(di))或者(zhe)接(jie)一(yi)个(ge)偏(pian)置(zhi)电(dian)压(ya)，通常为最大输(shu)(shu)(shu)入电(dian)压(ya)的一(yi)半。

同样的(de)原则也可以应用到变压(ya)器(qi)耦合输(shu)入(ru)电路(见图6)，除非变压(ya)器(qi)的(de)次级(ji)有(you)中间抽头，它(ta)可以接(jie)地或接(jie)VCM。

在(zai)该电(dian)路(lu)中(zhong)，由(you)于两(liang)只输(shu)入(ru)电(dian)阻器(qi)之(zhi)间的(de)失(shi)配(pei)和(或)两(liang)端输(shu)入(ru)偏(pian)置电(dian)流的(de)失(shi)配(pei)会(hui)产生一(yi)个小的(de)失(shi)调电(dian)压误(wu)差。为(wei)了(le)使失(shi)调误(wu)差最(zui)小，在(zai)仪表放大器(qi)的(de)两(liang)个输(shu)入(ru)端之(zhi)间可以再接一(yi)只电(dian)阻器(qi)(即桥(qiao)接在(zai)两(liang)只电(dian)阻器(qi)之(zhi)间)，其阻值大约(yue)为(wei)前两(liang)只电(dian)阻器(qi)的(de)1/10(但(dan)与差分源(yuan)阻抗相比仍然很大)。

图6.正(zheng)确(que)的仪表放大器(qi)变压器(qi)输入耦合方法

为仪表放大器、运算放大器和ADC提供参考电压

图7示(shi)出一个仪(yi)(yi)表(biao)(biao)(biao)放大(da)器(qi)驱动一个单(dan)端输入的(de)(de)模(mo)数转(zhuan)换器(qi)(ADC)的(de)(de)单(dan)电(dian)源电(dian)路。该放大(da)器(qi)的(de)(de)参(can)考电(dian)压提(ti)供(gong)一个对(dui)应零差(cha)分(fen)输入时的(de)(de)偏(pian)置电(dian)压，而ADC的(de)(de)参(can)考电(dian)压则提(ti)供(gong)比(bi)例(li)因子。在仪(yi)(yi)表(biao)(biao)(biao)放大(da)器(qi)的(de)(de)输出端和ADC的(de)(de)输入端之间通常接一个简(jian)单(dan)的(de)(de)RC低通抗混叠滤波器(qi)以减少带外噪声(sheng)。设(she)计工(gong)程(cheng)师通常总想采(cai)用简(jian)单(dan)的(de)(de)方法，例(li)如(ru)电(dian)阻分(fen)压器(qi)，为仪(yi)(yi)表(biao)(biao)(biao)放大(da)器(qi)和ADC提(ti)供(gong)参(can)考电(dian)压。因此在使用某些仪(yi)(yi)表(biao)(biao)(biao)放大(da)器(qi)时，会产生误差(cha)。

图7.仪表放(fang)大(da)器驱动ADC的典(dian)型单电(dian)源(yuan)电(dian)路

正确地提供仪表放大器的参考电压

一般假(jia)设仪表(biao)放(fang)大(da)器(qi)(qi)的(de)参考输入端(duan)为(wei)高阻(zu)抗，因为(wei)它是一(yi)个(ge)输入端(duan)。所以使(shi)设计工(gong)程师一(yi)般总想(xiang)在(zai)仪表(biao)放(fang)大(da)器(qi)(qi)的(de)参考端(duan)引脚接(jie)入一(yi)个(ge)高阻(zu)抗源，例如一(yi)只电阻(zu)分压器(qi)(qi)。这在(zai)某些类型仪表(biao)放(fang)大(da)器(qi)(qi)的(de)使(shi)用中会产生(sheng)严(yan)重(zhong)误差(见图8)。

图8.错误地使用(yong)一个简单(dan)的电(dian)阻分压器直接驱动3运(yun)放仪表放大器的参考电(dian)压引脚

例如，流行的(de)仪表放大器设计配(pei)置使用(yong)上图所示的(de)三运放结(jie)构。其信号总(zong)增(zeng)益为

参考电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)输(shu)入端的(de)(de)(de)(de)增益(yi)为1(如果从低(di)阻抗电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)源输(shu)入)。但是(shi)，在上图所示的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)路(lu)中(zhong)，仪表放(fang)(fang)大(da)器(qi)的(de)(de)(de)(de)参考输(shu)入端引(yin)脚直接与一(yi)个简单的(de)(de)(de)(de)分压(ya)(ya)(ya)器(qi)相连。这会改变(bian)减(jian)法(fa)器(qi)电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)对称性和分压(ya)(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)(de)(de)分压(ya)(ya)(ya)比(bi)。这还会降低(di)仪表放(fang)(fang)大(da)器(qi)的(de)(de)(de)(de)共(gong)模抑制比(bi)及(ji)其增益(yi)精度(du)。然而，如果接入R4,那么该电(dian)(dian)(dian)阻的(de)(de)(de)(de)等效(xiao)电(dian)(dian)(dian)阻会变(bian)小(xiao)，减(jian)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)阻值(zhi)等于(yu)从分压(ya)(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)(de)(de)两(liang)个并联支路(lu)看过去的(de)(de)(de)(de)阻值(zhi)(50 kΩ)，该电(dian)(dian)(dian)路(lu)表现为一(yi)个大(da)小(xiao)为电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)一(yi)半的(de)(de)(de)(de)低(di)阻抗电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)源被(bei)加(jia)在原值(zhi)R4上，减(jian)法(fa)器(qi)电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)精度(du)保(bao)持不变(bian)。

如果仪表放大器(qi)采用封闭的(de)单封装形(xing)式(shi)(一(yi)个IC)，则不(bu)能使用这(zhei)种方法(fa)。此外，还要考虑(lv)分压(ya)电(dian)(dian)阻(zu)器(qi)的(de)温度(du)系数(shu)应该与R4和(he)减(jian)法(fa)器(qi)中的(de)电(dian)(dian)阻(zu)器(qi)保持一(yi)致(zhi)。最(zui)终，参考电(dian)(dian)压(ya)将不(bu)可(ke)调。另一(yi)方面，如果尝(chang)试减(jian)小(xiao)分压(ya)电(dian)(dian)阻(zu)器(qi)的(de)阻(zu)值使增加的(de)电(dian)(dian)阻(zu)大小(xiao)可(ke)忽略(lve)，这(zhei)样会增大电(dian)(dian)源电(dian)(dian)流的(de)消耗和(he)电(dian)(dian)路的(de)功耗。在任何情(qing)况下，这(zhei)种笨(ben)拙的(de)方法(fa)都不(bu)是好的(de)设计方案。

图9示出了一个更好的解(jie)决方案，在(zai)分压(ya)器(qi)和仪表放大器(qi)参考(kao)电(dian)压(ya)输(shu)入端之(zhi)间(jian)加一个低功耗(hao)运算放大器(qi)缓冲器(qi)。这会消除阻(zu)抗匹配和温度系数(shu)匹配的问题，而且(qie)很容易对(dui)参考(kao)电(dian)压(ya)进(jin)行调节。

图9.利用低输(shu)出阻(zu)抗运算放大器驱动仪(yi)表(biao)放大器的参考(kao)电压(ya)输(shu)入端(duan)

当从电源电压利用分压器为放大器提供参考电压时应保证PSR性能

一(yi)个经常忽视(shi)的(de)(de)问题是电(dian)源电(dian)压(ya)VS的(de)(de)任何噪声、瞬变(bian)或漂移都会通过参考输入按(an)照(zhao)分压(ya)比(bi)经过衰减后直接(jie)加在输出端。实(shi)际的(de)(de)解决(jue)方案包括旁路滤波以(yi)及甚至使用(yong)精(jing)密(mi)参考电(dian)压(ya)IC产生的(de)(de)参考电(dian)压(ya)，例如ADR121，代替VS分压(ya)。

当(dang)设计带有仪表放(fang)大器和(he)运算放(fang)大器的(de)(de)(de)电(dian)路(lu)(lu)时，这(zhei)方面(mian)的(de)(de)(de)考虑(lv)很重要。电(dian)源电(dian)压(ya)抑制技术用来隔离(li)放(fang)大器免(mian)受其电(dian)源电(dian)压(ya)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)交(jiao)流声、噪(zao)声和(he)任何瞬(shun)态电(dian)压(ya)变(bian)化的(de)(de)(de)影响。这(zhei)是非常重要的(de)(de)(de)，因为许多(duo)实际电(dian)路(lu)(lu)都包含、连接着或存在于(yu)只能提供非理想的(de)(de)(de)电(dian)源电(dian)压(ya)的(de)(de)(de)环境之中(zhong)(zhong)。另(ling)外(wai)电(dian)力(li)线中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)交(jiao)流信(xin)号(hao)会(hui)(hui)反馈到(dao)电(dian)路(lu)(lu)中(zhong)(zhong)被放(fang)大，而且在适当(dang)的(de)(de)(de)条件下会(hui)(hui)引起寄生振(zhen)荡。

现代的(de)(de)(de)(de)运算放(fang)大器和(he)仪表放(fang)大器都提供频率相当低的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)压抑制(zhi)(PSR)能力作(zuo)(zuo)为其(qi)设计(ji)的(de)(de)(de)(de)一部分。这在大多数工程师看(kan)来(lai)是理所当然的(de)(de)(de)(de)。许多现代的(de)(de)(de)(de)运算放(fang)大器和(he)仪表放(fang)大器的(de)(de)(de)(de)PSR指标在80～100dB以上，可以将(jiang)电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)压的(de)(de)(de)(de)变化影响衰(shuai)减到(dao)1/10,000~1/100,000。甚至最适度的(de)(de)(de)(de)40 dB PSR的(de)(de)(de)(de)放(fang)大器隔(ge)离对电(dian)(dian)(dian)源也可以起(qi)到(dao)1/100的(de)(de)(de)(de)抑制(zhi)作(zuo)(zuo)用。不(bu)过，总是需要(yao)高频旁路电(dian)(dian)(dian)容(正如图1~7所示(shi))并且经常起(qi)到(dao)重要(yao)作(zuo)(zuo)用。

此外，当设计(ji)工程(cheng)师采(cai)用简单的电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)电(dian)(dian)压电(dian)(dian)阻分压器(qi)并且用一只运算放(fang)大(da)器(qi)缓冲器(qi)为(wei)仪表放(fang)大(da)器(qi)提供参(can)考(kao)电(dian)(dian)压时，电(dian)(dian)源(yuan)(yuan)电(dian)(dian)压中的任(ren)何变化都会(hui)通(tong)过该电(dian)(dian)路不经(jing)衰减直(zhi)接进入仪表放(fang)大(da)器(qi)的输出级。因此，除非提供低通(tong)滤波(bo)器(qi)，否则IC通(tong)常优良的PSR性能(neng)会(hui)丢失。

在(zai)图10中，在(zai)分压器的(de)(de)输(shu)出端增加一(yi)个大电容器以滤除电源电压的(de)(de)变(bian)化(hua)并且保证PSR性(xing)能(neng)。滤波器的(de)(de)-3 dB极点(dian)由电阻器R1/R2并联(lian)和电容器C1决定。-3 dB极点(dian)应当设置(zhi)在(zai)最低有用频率的(de)(de)1/10处。

图10.保(bao)证(zheng)PSR性能的参考端退耦(ou)电路(lu)

上面示出的CF试(shi)用值能够提供(gong)大约(yue)0.03 Hz的–3 dB极点(dian)频率。接在R3两(liang)端的小电(dian)容器(0.01 μF)可使电(dian)阻器噪声最小。

几倍(这里T=R3Cf= 5 s)，或10~15s。

图(tu)11中的(de)电路做了进一步改进。这里，运算放(fang)大(da)器缓冲器起到一个有源滤波器的(de)作用(yong)(yong)，它允许使用(yong)(yong)电容值小很多的(de)电容器对同样大(da)的(de)电源退耦。此外，有源滤波器可以用(yong)(yong)来提(ti)高Q值从(cong)而加(jia)快导(dao)通(tong)时间。

图11.将(jiang)运算放大(da)(da)器缓冲器接成有源(yuan)滤波器驱动仪表放大(da)(da)器的参(can)考输入引脚(jiao)

测试结果：利用上(shang)图(tu)所示(shi)的(de)元件(jian)值，施加12 V电(dian)源电(dian)压，对仪(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)(qi)的(de)6 V参(can)考电(dian)压提供(gong)滤波(bo)。将仪(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)(qi)的(de)增(zeng)益设置为(wei)1，采(cai)用频率(lv)变化的(de)1 VP-P正弦信(xin)号调制(zhi)12 V电(dian)源。在这(zhei)样的(de)条件(jian)下，随着频率(lv)的(de)减小，一(yi)直减到(dao)(dao)大(da)约(yue)8 Hz时(shi)，我们在示(shi)波(bo)器(qi)(qi)上(shang)看不到(dao)(dao)AC信(xin)号。当对仪(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)(qi)施加低幅(fu)度输入信(xin)号时(shi)，该电(dian)路的(de)测试电(dian)源电(dian)压范围是4 V到(dao)(dao)25 V以上(shang)。电(dian)路的(de)导(dao)通时(shi)间大(da)约(yue)为(wei)2 s。

单电源运算放大器电路的退耦

最后，单电(dian)(dian)源运算放大器(qi)电(dian)(dian)路(lu)需要偏(pian)置(zhi)共(gong)模(mo)输入电(dian)(dian)压(ya)幅度以(yi)控制AC信(xin)号的(de)正向(xiang)摆(bai)幅和(he)负向(xiang)摆(bai)幅。当从电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压(ya)利用(yong)分压(ya)器(qi)提(ti)供偏(pian)置(zhi)电(dian)(dian)压(ya)时(shi)，为了保证PSR的(de)性能就需要合适的(de)退(tui)耦。

一种常用(yong)但不正确的(de)方法是利(li)用(yong)100 kΩ/100 kΩ电(dian)(dian)阻分(fen)压器(加0.1μF旁路电(dian)(dian)容(rong))提供VS/2给运算放大器的(de)同(tong)相(xiang)输入端。使用(yong)这样小(xiao)的(de)电(dian)(dian)容(rong)值对电(dian)(dian)源退耦(ou)通(tong)常是不够的(de)，因为(wei)极(ji)点(dian)仅为(wei)32 Hz。电(dian)(dian)路出现不稳定(“低频(pin)振(zhen)荡”)，特别(bie)是在驱动感性负载时。

图12(反相(xiang)输入(ru))和图13(同(tong)(tong)相(xiang)输入(ru))示出了达(da)到(dao)最佳退耦结(jie)果的VS/2偏置(zhi)电(dian)路。在两(liang)种情况中，偏置(zhi)电(dian)压(ya)加(jia)在同(tong)(tong)相(xiang)输入(ru)端，反馈到(dao)反向输入(ru)端以保证相(xiang)同(tong)(tong)的偏置(zhi)电(dian)压(ya)，并且单(dan)位DC增(zeng)益也要偏置(zhi)相(xiang)同(tong)(tong)的输出电(dian)压(ya)。耦合电(dian)容(rong)器C1使低(di)频(pin)增(zeng)益从BW3降到(dao)单(dan)位增(zeng)益。

图12.单电(dian)源同相输入(ru)放大器电(dian)路正(zheng)确的电(dian)源退耦方案。中频增益=1+R2/R1

如上(shang)(shang)图所示，当(dang)采(cai)用100 kΩ/100 kΩ电阻分压器时一(yi)个(ge)好的(de)经(jing)验是，为获得0.3 Hz的(de)–3 dB截止频率，应当(dang)选(xuan)用的(de)C2最小为10 ΩF，。而100 μF(0.03 Hz)实(shi)际上(shang)(shang)对所有电路都足(zu)够了。

图13.单电源反相输入放大器正确的(de)退耦电路，中频增益=–R2/R1

联(lian)系方式(shi)：邹先生(sheng)

联系电话：0755-83888366-8022

手(shou)机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳(zhen)市福田区车(che)公庙(miao)天(tian)安(an)数码城天(tian)吉大厦CD座5C1

请搜微信公(gong)众(zhong)号(hao):“KIA半(ban)导体”或扫(sao)一(yi)扫(sao)下(xia)图“关(guan)注”官方(fang)微信公(gong)众(zhong)号(hao)

请“关注”官(guan)方微信公众号(hao):提(ti)供 MOS管 技术(shu)帮助(zhu)