[硬件电路-98]:模拟器件 - 运算放大器常见问题与解决之道?

运算放大器在实际应用中常面临输出电压受限、反馈回路设计不当、电源滤波不足、输入电压超限、偏置电流回路缺失、共模抑制比利用不足等问题,需通过引入负电源、优化反馈网络布局、加强电源滤波、选择合适电阻、提供直流偏置回路及利用高共模抑制比等措施实现稳定工作。以下是运算放大器常见问题及解决之道:

一、输出电压问题

  • 问题描述 :输出电压很难达到其理想的电源电压(空载情况下可以达到电源电压),实际应用中,输出电压都会带有一定的负载,负载越大,其电压损耗越大。
  • 解决方案引入负电源,使电压输出能够达到理想的电源电压范围。

二、反馈回路问题

  • 问题描述 :反馈回路设计不当可能导致振荡或不稳定 。例如,在反馈回路中并接电容会改变信号相位,引发振荡;反馈回路布局不合理可能引入噪声。

  • 解决方案

    • 避免在反馈回路中并接电容,如需去耦,应组成RC电路,即在运放的输出端先串入一个电阻,然后再并接去耦电容
    • 反馈回路的元器件应靠近运放,PCB走线要尽量短,同时避开数字信号、晶振等干扰源。

三、电源滤波问题

  • 问题描述 :电源的好坏直接影响输出,特别是对于高速运算放大器电源纹波对输出干扰很大,可能导致自激振荡。
  • 解决方案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,以滤除电源噪声。

四、输入电压限制问题

  • 问题描述 :输入电压超出范围会导致运放工作不正常。
  • 解决方案:注意输入电压是否超限,根据运放的数据手册选择合适的输入电压范围。

五、偏置电流回路问题

  • 问题描述 :在交流耦合运算放大器或仪表放大器电路应用中,如果没有为偏置电流提供直流回路,可能导致运放工作不正常。
  • 解决方案:在运放的输入端与地之间连接一个电阻,为输入偏置电流提供一个回路。在使用双极性运放时,为最小化输入偏置电流导致的失调电压,通常将电阻设为反馈电阻和输入电阻的并联值。

六、共模抑制比利用问题

  • 问题描述:同相输入接法存在共模输入信号,即使使用高共模抑制比的运算放大器,也可能有共模输出。
  • 解决方案:尽量采用反相输入接法,因为反相输入法在同相端接一个平衡电阻到地,形成"虚地",不存在共模输入信号,从而避免共模输出。如果必须使用同相输入接法,应选择具有高共模抑制比的运算放大器,并尽量减小共模输入信号的范围。