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  • 最常遇到的一个应用问题是在交流(AC)回路

    最常遇到的应用问题之一是在交流 (AC) 耦合运算放大器或仪表放大器电路中没有提供偏置电流的直流 (DC) 回路。在图 1 中,一个电容器与运算放大器的非反相输入串联,用于交流耦合,这是一种隔离输入电压 (VIN) 的直流分量的简单方法。这在高增益应用中特别有用,即使运算放大器输入端的直流电压很小,也会限制动态范围,甚至导致输出饱和。然而,在高阻抗输入端增加电容耦合而不为同相输入端的电流提供直流通路会带来问题。

    图1.运算放大器交流耦合错误

    实际上,输入偏置电流流入耦合电容并对其充电,直到它超过放大器输入电路的共模电压额定值或将输出推至极限。根据输入偏置电流的极性,电容器充电至电源的正电压或负电压。放大器的闭环直流增益放大了偏置电压。这个过程可能需要很长时间。例如,具有 1 pA 偏置电流的场效应晶体管 (FET) 输入放大器耦合到 0.1 μF 电容器,其充电速率 I/C 为 10–12/10–7=10 μV/s,或每分钟 600 μV。如果增益为 100,则输出漂移为 0.06 V/分钟。因此,正常的实验室测试(使用交流耦合示波器)无法检测到这个问题,并且电路直到数小时后才会出现。显然,完全避免这个问题非常重要。

    图2.正确的双电源运算放大器

    图 2 显示了这个常见问题的简单解决方案。在这里,将一个电阻从运算放大器输入连接到地,以便为输入偏置电流提供接地返回。为了尽量减少输入偏置电流引起的失调电压,在使用双极性运放时,其两个输入端的偏置电流应相等,因此通常应将 R1 的阻值设置为等于 R2 的并联电阻, R3 值。但是需要注意的是,这个电阻R1总会给电路引入一些噪声,所以在电路输入阻抗、输入耦合电容的大小以及电阻引起的约翰逊噪声之间需要权衡。典型的电阻值一般在100,000Ω和1MΩ之间。仪表放大器电路中也会出现类似的问题。图 3 显示了一个仪表放大器电路,该电路使用两个电容器进行交流耦合,而没有为输入偏置电流提供返回路径。这个问题在双电源(图 3a)和单电源(图 3b)供电的仪表放大器电路中很常见。

    图3.一个不工作的交流耦合仪表放大器的例子

    如果变压器次级电路中没有提供直流对地回路,这种类型的问题也会出现在变压器耦合放大器电路中语言翻译器电路工作原理图,如图 4 所示。

    图4.变压器耦合仪表放大器电路不工作

    图 5 和图 6 显示了这些电路的简单解决方案。这里,一个高阻值电阻器 (RA, BR) 连接在每个输入和地之间。这是双电源仪表放大器电路的简单实用解决方案。

    一个。双电源。湾。单电源。

    这两个电阻为输入偏置电流提供放电回路。在图 5 所示的双电源示例中,两个输入均以地为参考。在图 5b 所示的单电源示例中,两个输入参考接地(VCM 接地)或偏置电压,通常为最大输入电压的一半。相同的原理可以应用于变压器耦合输入电路(参见6)),除非变压器的次级有一个中心抽头,可以接地或连接到 VCM。在该电路中,由于两个输入电阻之间的差异,由于两端输入偏置电流的失配和/或失配,会产生小的失调电压误差。为了最大限度地减少偏移误差,可以在两个电阻之间的仪表放大器的两个输入之间放置一个额外的电阻(即桥接),它大约是前两个电阻值的 1/10(但与前两个电阻相比仍然很大)差分源阻抗)。

    图6.正确的仪表放大器变压器输入耦合方法

    为仪表放大器、运算放大器和 ADC 提供参考电压

    图 7 显示了带有仪表放大器的单电源电路,用于驱动单端输入模数转换器 (ADC)。放大器的参考电压提供对应于零差分输入的偏置电压,而 ADC 的参考电压提供比例因子。一个简单的 RC 低通抗混叠滤波器通常连接在仪表放大器的输出和 ADC 的输入之间语言翻译器电路工作原理图,以降低带外噪声。设计工程师通常希望使用简单的方法(例如电阻分压器)为仪表放大器和 ADC 提供参考电压。因此,对于某些仪表放大器,可能会出现错误。

    图7.仪表放大器驱动ADC的典型单电源电路

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    常见问题FAQ

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