先說說電壓,根據前人的經驗和我自己使用的經驗,對于低頻電路,op放大器的電源一般選用±12V,這個電壓在市場上面比較常見,如果輸出比較高的話也可以用到±15V或者±18V;如果輸出電流比較大電壓比較高的話這個電壓還可略微提高,但是一般不要超過±20V(此時實際很多器件都沒有余量了)。這個時候要注意器件的散熱問題。對于高頻而言,考慮到幅度問題,一般不會太高,考慮到散熱,這個供電電壓要適當減低,一般±5V比較常用,必要的時候也可提高一些。但是高頻放大幅值都不會太高,因為有速度的影響。
還有一些運算放大器,使用在單電源的場合,這個是為了解決單電源應用問題而產生的,畢竟很多的場合是沒有雙電源的。近年來,芯片電壓越來越低,用3.3v作為電源供電的情況是越來越多了,這個也變得更加重要。
在這里,運算放大器的電壓去偶是個要關注的重點,一方面抑制輸入噪聲,一方面防止輸出噪聲。
電壓用到比較高的場合,還要考慮到保護問題,輸入需要保護,輸出也需要保護。對于輸入,如果是同相端輸入,串連一個數百歐姆的電阻加上二極管4148保護是比較實用的方法,這個二極管不要質量太差,否則會因為漏電流造成直流問題。如果是反向輸入,加兩個二極管到地利用它正向導通特性起到保護作用。對于輸出也是類似,就是使用串電阻并加兩個二極管到正負電源的方法解決。保護電壓要留一點余量,免得產生信號失真。
這里再說一下單電源放大器的使用。
先說說電壓,根據前人的經驗和我自己使用的經驗,對于低頻電路,op放大器的電源一般選用±12V,這個電壓在市場上面比較常見,如果輸出比較高的話也可以用到±15V或者±18V;如果輸出電流比較大電壓比較高的話這個電壓還可略微提高,但是一般不要超過±20V(此時實際很多器件都沒有余量了)。這個時候要注意器件的散熱問題。對于高頻而言,考慮到幅度問題,一般不會太高,考慮到散熱,這個供電電壓要適當減低,一般±5V比較常用,必要的時候也可提高一些。但是高頻放大幅值都不會太高,因為有速度的影響。
還有一些運算放大器,使用在單電源的場合,這個是為了解決單電源應用問題而產生的,畢竟很多的場合是沒有雙電源的。近年來,芯片電壓越來越低,用3.3v作為電源供電的情況是越來越多了,這個也變得更加重要。
在這里,運算放大器的電壓去偶是個要關注的重點,一方面抑制輸入噪聲,一方面防止輸出噪聲。
電壓用到比較高的場合,還要考慮到保護問題,輸入需要保護,輸出也需要保護。對于輸入,如果是同相端輸入,串連一個數百歐姆的電阻加上二極管4148保護是比較實用的方法,這個二極管不要質量太差,否則會因為漏電流造成直流問題。如果是反向輸入,加兩個二極管到地利用它正向導通特性起到保護作用。對于輸出也是類似,就是使用串電阻并加兩個二極管到正負電源的方法解決。保護電壓要留一點余量,免得產生信號失真。
這里再說一下單電源放大器的使用。
當使用單電源電路時,運算放大器就不得不使用單電源電壓驅動,因為模擬電路通常都是以地為基準(零電位),必須保證輸入為0伏,輸出也是0伏,所以0入0出是其使用的必要條件。一般來講除非特別說明,普通放大器單電源工作特性是很難保證的。如果手頭確實沒有單電源放大器,有一個方法可以讓普通放大器實現單電源工作。如果輸入電壓是+12v,以反相放大器為例,一般雙電壓都是同相端接地,這里采用同相端接1/2*+12v=+6v,當然輸入端是要用電容隔直的,把中心點抬高到中心電壓,這樣就可以把這個放大器做為一個±6V供電的放大器來使用了,當然最大幅值也是不能超過±6V(實際應用考慮到實際參數要小一些比較好)。這個在音頻電路使用的還是比較多的。
單電源放大器的特點如下:
1, 可以0v輸入(輸入電壓范圍0~vcc-1.5v)
2, 可以0v輸出(輸入電壓范圍0~vcc-1.5v)
實際上,很多的單電源放大器所謂的0輸出都是在零的附近,并非真正的0,如果在精度高的地方,肯定是不行的;這個時候就要考慮采用電平移動的方法,說白了還是在同相輸入端加一點偏置電壓,把零點轉換成一個非零值再放大,就可以避開之隔死區(qū)問題了。
在使用各種單電源放大器時,很容易出現的一個問題就是會有輸入電壓超出容許范圍的情況,這時會導致輸出電壓發(fā)生急劇變化,出現輸出相位反轉或者跳躍現象。發(fā)生這種現象是破壞了單調性,在應用時是致命的,輕則信號失真,重則損壞器件,不可恢復。
所以輸入電路必須加裝保護電路。一個簡單的方法是串接數百歐姆電阻(根據輸入電壓不同選擇),除了電阻其后面還可接兩個保護二極管,一段到正電源,一端到地,保證電壓在合理的范圍內。再說一下運算放大器的常用重要參數:
1,輸入內阻。這個對于普通應用沒什么特別的,通常都是幾G到幾千G,其實就是偏置電流的另一種變現形式吧!如果用到同相輸入并且要求精度比較高的時候,這時就要選擇輸入內阻高的OP放大器,不然會影響輸入值的。如果反相輸入,一般影響不大,應為虛地的原因。輸入電容一般就是數個p法。
2,輸入補償電壓。淺顯一點說,所謂補償電壓就是為OP放大器0輸入時輸出不為0的問題嚴重狀況的表現。一般這個值越小OP放大器越好。因為考慮到OP放大器增益都很高,很小的失調電壓都可能造成很大的輸出,這個在高精度應用中是不能容忍的,必須要調整或者更換芯片。
3,溫漂。這個不說都知道,當,然是越小越好了。
4,開環(huán)增益。微小電流應用時這個要考慮,盡量用大一些。一般場合基本不需要考慮這個問題。
5,工作電壓。分為單電源和雙電源?,F在一般雙電源OP放大器稍加改造也可以用在一些單電源的場合。應用中一點要注意輸入信號最好不要超過電源電壓最高值。
6,工作電流。一般夠用。
7,帶寬增益積。這個就是常見的GB積。這個值直接決定了你的應用的頻率極限。簡單的計算就是你用到的最大增益(不是直接的放大倍數,要換成db值)乘上頻率就得到了。如果在范圍內,應該可以用(實際應用時我都至少減半使用)。
8,轉換速率。這個也很重要,直接決定應用的頻率,頻率越高,上升與下降的速率越高,原則上不要超過其最大速率為好。否則必定造成波形的失真。這個速率簡便算法可以通過正弦波0°到90°的值除以時間,很容易換算得到。
9,共模信號抑制比(CMRR)。這也是區(qū)別OP放大器的最重要因素之一。通用場合不必關心(高精度應用后面再說)。下面來點實在的。
高精度mV級得DC放大器使用要點。這種高精度OP放大器的DC特性一般都很出色,但是其頻率特性和轉換速率等交流特性就會差很多。所以,當輸入的信號頻率高時,轉換速率不足而發(fā)生失真,將一部分交流變成了直流成分,導致輸入信號的畸變。如果用正弦波輸入,你會發(fā)現頻率變高后波形慢慢都變成了近似三角波了,最后變成與該正弦波毫不相干的波形了。這個時候,如果在反饋電阻上面并聯一個電容限制帶寬如何呢?答案是,依然失真得厲害。所以在反饋電路濾波是不合適的。
這是怎么辦呢?最有效的辦法就是“御敵于國門之外”--------在輸入端加低通濾波器。就是在輸入端加一個阻容濾波,考慮到OP放大器偏置電流的影響,會產生補償電壓,所以這個電阻不能太大(幾百到幾K吧);如果非要用大的電阻,就只能采用小的偏置電流的OP放大器。加上濾波器后直流變得十分干凈,完全沒有了交流信號的影響了。