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运算放大器，对于学工科的学生来说是一个耳熟能详的词。运算放大器作为最通用的模拟器件，广泛运用于信号变换调理、ADC采样前端和电源电路等场合。大家在学习模电课程的时候，都已经学会了运放的设计。然而在使用运放的时候，又有哪些需要注意的呢？# J3 W; h4 O$ r! ~ @9 Z
! |1 O5 R) o9 H! \/ h1、注意输入电压是否超限+ a, T$ n- Y( C2 @6 \3 @
; `; j; F J5 b0 J! L图1-1是ADI的OP07数据表中的输入电气特性的一部分，可以看到在电源电压±15V的条件下，输入电压的范围是±13.5V，如果输入电压超出范围，那么运放就会工作不正常，出现一些意料不到的情况。" C# \/ x) N* Z, V }4 T* w
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/ d9 u/ T) B { r3 ?, ~' o4 x8 b图1-16 s, E) {' X4 k" w
, r! ?" G/ M1 b, Q E7 N2 }% z而有一些运放标注的不是输入电压范围，而是共模输入电压范围，如图1-2是TI的TLC2272数据表的一部分，在单电源+5V的条件下，共模输入范围是0-3.5V.其实由于运放正常工作时，同相端和反相端输入电压基本是一致的(虚短虚断)，所以“输入电压范围”与“共模输入电压范围”都是一样的意思。- O0 H' ?3 H4 l O5 W, v( V
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- b# @1 U7 c% H1 R图1-2
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2、不要在运放输出直接并接电容
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) w2 m/ Q J R3 k+ c' c在直流信号放大电路中，有时候为了降低噪声，直接在运放输出并接去耦电容(如图2-1)。虽然放大的是直流信号，但是这样做是很不安全的。当有一个阶跃信号输入或者上电瞬间，运放输出电流会比较大，而且电容会改变环路的相位特性，导致电路自激振荡，这是我们不愿意看到的。
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正确的去耦电容应该要组成RC电路，就是在运放的输出端先串入一个电阻，然后再并接去耦电容(如图2-2)。这样做可以大大削减运放输出瞬间电流，也不会影响环路的相位特性，可以避免振荡。; I1 d4 D! Q8 i/ x! @3 ?
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" I+ _/ {+ }' J6 M! |, N) P3、不要在放大电路反馈回路并接电容
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4 a- \5 }9 ~1 _+ B, ?8 o4 k如图3-1所示，同样是一个用于直流信号放大的电路，为了去耦，不小心把电容并接到了反馈回路，反馈信号的相位发生了改变，很容易就会发生振荡。所以，在放大电路中，反馈回路不能加入任何影响信号相位的电路。由此延伸至稳压电源电路，如图3-2，并接在反馈脚的C3是错误的。为了降低纹波，可以把C3与R1并联，适当增大纹波的负反馈作用，抑制输出纹波。
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4、注意运放的输出摆幅
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3 T0 A7 F1 q% ?' r任何运放都不可能是理想运放，输出电压都不可能达到电源电压，一般基于MOS的运放都是轨对轨运放，在空载情况下输出可以达到电源电压，但是输出都会带一定的负载，负载越大，输出降落越多。基于三极管的运放输出幅度的相对值更小，有的运放输出幅度比电源电压要小2~6V，比如NE5532.图4-1就是TI的TLC2272在+5V供电的输出特性，它属于轨对轨运放，如果用该器件作为ADC采样的前级放大(如图4-2)，单电源+5V供电，那么当输入接近0V的时候，输入和输出变得非线性的了。解决的方法是引入负电源，比如在4脚加入-1V的负电源，这样在整个输入范围内，输出与输入都是线性的了。" C$ C5 |$ f( `* F3 m5 W- |
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图4-1$ } a5 k9 B- P' Z% I5 ~, g: Q3 B, l
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5、注意反馈回路的Layout
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- l& {* b( T% o5 \ x1 c反馈回路的元器件必须要靠近运放，而且PCB走线要尽量短，同时要尽量避开数字信号、晶振等干扰源。反馈回路的布局布线不合理，则会容易引入噪声，严重会导致自激振荡。
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8 c. r4 Y+ o6 O6、要重视电源滤波# l$ S }& ?9 u! _& }& ^
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运放的电源滤波不容忽视，电源的好坏直接影响输出。特别是对于高速运放，电源纹波对运放输出干扰很大，弄不好就会变成自激振荡。所以最好的运放滤波是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，效果会更好。 |
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发表于 2021-9-17 13:18
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