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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 等設備隻用單 電源 供電,但是單電源容易出現不穩定問題,因此需要在電路外圍增加輔助器件以提高穩定性。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隻用單電源供電,但是單電源容易出現不穩定問題,因此需要在電路外圍增加輔助器件以提高穩定性。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(yu) 電阻RB構成分壓電路,並把正輸入端的電壓設置為(wei) 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(yan) 重的局限性。

  首先,電路的電源抑製幾乎沒有,電源電壓的任何變化都將直接通過兩(liang) 個(ge) 分壓電阻改變偏置電壓Vs/2,但電源抑製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。該電路的電源抑製僅(jin) 僅(jin) 隻有6dB,通過選用SGM8541運算放大器可以增強電源抑製能力。

 

  

  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常不穩定,除非電源有很好的調節能力,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:適用於(yu) 圖2的典型器件值。

 

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

 

  偏置電路的去耦問題

 

  解答這個(ge) 問題需要改變一下電路。圖2從(cong) 偏置電路的中間節點接電容C2,用來旁路AC信號,這樣可以提高AC的電源抑製,電阻RIN為(wei) Vs/2的基準電壓提供DC的返回通路,並且為(wei) 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的電源抑製。

 

  這個(ge) 偏置電路的-3dB帶寬是通過電阻RA、RB與(yu) 電容C2構成的並且等於(yu)

  

  此偏置電路當頻率在30Hz以內(nei) 時,沒有電源抑製的能力,因此任何在電源線上低於(yu) 30Hz的信號,能夠輕易地加到放大器的輸入端。一個(ge) 通常解決(jue) 這個(ge) 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(nei) 的全部噪聲。然而在這裏比較合理的方法是,設置C2與(yu) 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(yu) Rz電阻值的關(guan) 係

 

  在有些運算放大器中輸入偏置電流比較大是需要考慮的,由於(yu) 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工作點。為(wei) 了使放大器的靜態工作點盡量靠近Vs/2,需要增加平衡電阻,見電路圖2。在這個(ge) 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隻有1-2個(ge) 皮安,幾乎為(wei) 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範圍(-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、電源抑製、增益、以及輸入與(yu) 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(wei) 15V或12V時偏置分壓的兩(liang) 個(ge) 電阻通常選用100kΩ,這樣可以在電源消耗與(yu) 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(ge) 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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