运放电路设计中容易出现的细节问题,你都搞懂了吗?

作为电子工程师,运算放大器算是很常见的一种IC了。今天我们说说一些设计的细节问题。

第一、偏置电流如何补偿

对于常用的反相运算放大器,其典型电路如下:

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在这种情况下,R3为平衡电阻,保证运放的电流补偿,使正负端偏置电流相等。甚至取值更大时,会产生更大的噪声和飘逸。但是,应大于输入信号源的内阻。

这时,善于思考的工程师都会想到,如果是同相放大器,电路原理又是怎样的呢?现在我们先回顾下同相运放的设计电路:

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当计算出的Rp为负值时,需要将该电阻移动到正相端,与R1串联在输入端。

这里额外多插入一句,同相比例运放具有高输入阻抗、低输出阻抗的特性,广泛应用在前置运放电路中。

第二、调零电路

今天运放已经发展的很迅速,辅助功能各式各样,例如有些运放已经具有了调零的外接端口,此时依据数据手册选择合适的电阻就可以完成运放调零。例如LF356运放,其典型电路如下:

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另外一些低成本的运放或许不带这些自动调节功能,那么作为设计师的我们也不为难,通过简单的加法电路、减法电路等就可以完成固定的调零(虽然有时这种做法只有隔靴挠痒的作用)。

通常在补偿电路中增加一个三极管电路,利用PN结的温度特性,完成运放的温度补偿。例如在LF355典型电路中将三极管电路嵌入在V+和25K反馈电阻之间。

第三、相位补偿如何选择

当阅读一个集成运放数据手册的时候,会发现集成运放的内部其实是一个多级的放大器,因此,不可避免的对系统引入了极点,使得电路需要进行相位补偿。通常采用超前补偿、滞后补偿和滞后-超前补偿。

所谓的超前补偿就是相移减小的补偿,通俗的讲就是使电路出现零点,在该频率处的输出信号比输入信号的相位超前45°。通过计算得出将出现极点的频率点,据此来人工设计出一个零点,从而使系统变得稳定。

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滞后补偿通常可以理解为使相移增大的补偿。可以使主极点频率降低,使放大器频带变窄,这样,就可以使运放电路在有限的带宽内只有一个极点,使运放电路变得容易调整。

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第三种就是超前-滞后补偿,即采用合适的方法来处理运放单元。总之,万变不离其宗。

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第四、容性负载该怎么处理

在平时的电子电路设计中,会由于不小心或者不注意负载的特性,而使电路变得震荡,这时,就应该注意负载的特性了。

通常情况下,当负载为容性,并且估计其电容值小于2000pF时,可通过在负载和运放的输出端串联一个小的电阻来消除震荡。电阻R2的大小为10-300Ω之间。

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当负载较大时,采用如下的方案消除震荡:

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补偿电容C2与反馈电阻R3构成超前补偿网络,形成新的零点,抵消容性负载C1和运放输出电阻(Ro) 构成的新极点, 从而达到消除震荡的目的。此时的补偿电容C2 大小为C2=C1(Ro+Rk)/R3,Rk(可变电阻)取经验值10-300Ω。

以上为运放电路设计中容易出现的问题和合适的解决方案,希望对大家有所启发。

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