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測試測量

單電源運算放大器的偏置與去耦電路設計研究(一)

星之球激光 來源:光電新聞網(wǎng)2011-12-19 我要評論(0 )   

目前在許多手持設備、汽車以及 計算機 等設備只用單 電源 供電,但是單電源容易出現(xiàn)不穩(wěn)定問題,因此需要在電路外圍增加輔助器件以提高穩(wěn)定性。在電路圖1中展示了單電源...

目前在許多手持設備、汽車以及計算機等設備只用單電源供電,但是單電源容易出現(xiàn)不穩(wěn)定問題,因此需要在電路外圍增加輔助器件以提高穩(wěn)定性。在電路圖1中展示了單電源供電運算放大器的偏置方法,用電阻RA與電阻RB構成分壓電路,并把正輸入端的電壓設置為Vs/2。輸入信號VIN是通過電容耦合到正輸入端。在該電路中有一些嚴重的局限性。

  首先,電路的電源抑制幾乎沒有,電源電壓的任何變化都將直接通過兩個分壓電阻改變偏置電壓Vs/2,但電源抑制的能力是電路非常重要的特性。例如此電路的電源電壓1伏的變化,能引起偏置電路電壓的輸出Vs/2變化0.5伏。該電路的電源抑制僅僅只有6dB,通過選用SGM8541運算放大器可以增強電源抑制能力。

 

  

  圖1:單電源供電運算放大器的偏置方法。

 

  其次,運算放大器驅動大電流負載時電源經(jīng)常不穩(wěn)定,除非電源有很好的調節(jié)能力,或有很好的旁路,否則大的電壓波動將回饋到電源線路上。運算放大器的正輸入端的參考點將直接偏離Vs/2,這些信號將直接流入放大器的正輸入端。

 

  

  表1:適用于圖2的典型器件值。

 

  在應用中要特別注意布局,多個電源旁路電容、星形接地、單獨的印制電源層可以提供比較穩(wěn)定的電路。

 

  偏置電路的去耦問題

 

  解答這個問題需要改變一下電路。圖2從偏置電路的中間節(jié)點接電容C2,用來旁路AC信號,這樣可以提高AC的電源抑制,電阻RIN為Vs/2的基準電壓提供DC的返回通路,并且為AC輸入提供了交流輸入阻抗。

 

  

  圖2:接電容C2來旁路AC信號,提高AC的電源抑制。

 

  這個偏置電路的-3dB帶寬是通過電阻RA、RB與電容C2構成的并且等于

  

  此偏置電路當頻率在30Hz以內時,沒有電源抑制的能力,因此任何在電源線上低于30Hz的信號,能夠輕易地加到放大器的輸入端。一個通常解決這個問題的方法是增加電容值C2,它的值需要足夠的大,以便能有效地旁路掉偏置電路通頻帶以內的全部噪聲。然而在這里比較合理的方法是,設置C2與偏置電路連接點的帶寬是十分之一的信號輸入帶寬,參見圖2。

 

  

  表2:電路圖3和4的一些齊納二極管與Rz電阻值的關系

 

  在有些運算放大器中輸入偏置電流比較大是需要考慮的,由于放大器偏置電流的影響,偏置分壓電路的分壓點將偏離Vs/2,影響了放大器的靜態(tài)工作點。為了使放大器的靜態(tài)工作點盡量靠近Vs/2,需要增加平衡電阻,見電路圖2。在這個電路中運算放大器選用的是SGM8541,該放大器的輸入偏置電流在常溫下只有1-2個皮安,幾乎為零,因此可以不考慮輸入偏置電流帶來的誤差。但如果工作在非常寬的溫度范圍(-20℃-80℃),在放大器的正負輸入端加平衡電阻能很好地阻止輸入帶來的誤差。

 

  

  圖3:齊納二級管偏置電路。

 

  設計單電源運算放大器電路,需要考慮輸入偏置電流誤差、電源抑制、增益、以及輸入與輸出線路帶寬等等。然而普通的應用設計是可以通過查表來獲得,見表1。在單電源電壓為15V或12V時偏置分壓的兩個電阻通常選用100kΩ,這樣可以在電源消耗與輸入偏置電流誤差之間合理的折中。5V單電源偏置分壓電阻減小到一個比較低的值,例如42kΩ。還有些在3.3V應用中偏置分壓電阻選在27kΩ左右。

 

 

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