工程師眾議:運算放大器的偏置零漂等應用技巧
發布時間:2013-08-19 責任編輯:Cynthiali
【導讀】如何實現微弱信號放大?作為偏置的直流電壓是用電阻分壓好還是接參考電壓源好?如何解決運算放大器的零漂問題?……你對運算放大器的應用存在如下疑惑嗎?看看眾多工程師的解答吧!資深的工程師很多哦!
一、運算放大器的偏置設置
在(zai)雙(shuang)電(dian)源(yuan)運(yun)放(fang)在(zai)接(jie)成(cheng)單(dan)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)時(shi),工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)偏(pian)置(zhi)電(dian)壓(ya)的(de)設(she)置(zhi)方(fang)麵(mian)會(hui)遇(yu)到(dao)一(yi)些(xie)兩(liang)難(nan)選(xuan)擇(ze),比(bi)如(ru)作(zuo)為(wei)偏(pian)置(zhi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)是(shi)用(yong)電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)好(hao)還(hai)是(shi)接(jie)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)源(yuan)好(hao)?有(you)的(de)網(wang) 友you建jian議yi用yong參can考kao電dian壓ya源yuan,理li由you是shi精jing度du高gao,此ci外wai還hai能neng提ti供gong較jiao低di的de交jiao流liu旁pang路lu,有you的de網wang友you建jian議yi用yong電dian阻zu,理li由you是shi成cheng本ben低di而er且qie方fang便bian,對dui此ci,張zhang世shi龍long沒mei有you特te別bie指zhi出chu用yong何he種zhong方fang式shi,隻zhi是shi 強調雙電源運放改成單電源電路時,如果采用基準電壓的話,效果最好。這種基準電壓使係統設計得到最小的噪聲和最高的PSRR。但若采用電阻分壓方式,必須 考慮電源紋波對係統的影響,這種用法噪聲比較高,PSRR比較低。
二、如何實現微弱信號放大?
傳感器+運算放大器+ADC+處(chu)理(li)器(qi)是(shi)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)典(dian)型(xing)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu),在(zai)這(zhe)種(zhong)應(ying)用(yong)中(zhong),一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)流(liu)非(fei)常(chang)低(di),在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia),如(ru)何(he)完(wan)成(cheng)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)?張(zhang)世(shi)龍(long)指(zhi)出(chu),對(dui)於(yu)微(wei)弱(ruo)信(xin)號(hao)的(de)放(fang)大(da),隻(zhi)用(yong)單(dan)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)難(nan)以(yi)達(da)到(dao)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo),必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)一(yi)些(xie)較(jiao)特(te)別(bie)的(de)方(fang)法(fa)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)激(ji)勵(li)手(shou)段(duan),而(er)使(shi)用(yong)同(tong)步(bu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)非(fei)常(chang)好(hao)的(de)測(ce)量(liang)效(xiao)果(guo)。這(zhe)種(zhong)同(tong)步(bu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)類(lei)似(si)於(yu)鎖(suo)相(xiang)放(fang)大(da)器(qi)結(jie)構(gou),包(bao)括(kuo)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)方(fang)波(bo)激(ji)勵(li),電(dian)流(liu)轉(zhuan)電(dian)壓(ya)放(fang)大(da)器(qi),和(he)同(tong)步(bu)解(jie)調(tiao)三(san)部(bu)分(fen)。他(ta)表(biao)示(shi),需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)電(dian)流(liu)轉(zhuan)電(dian)壓(ya)放(fang)大(da)器(qi)需(xu)選(xuan)用(yong)輸(shu)入(ru)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu)極(ji)低(di)的(de)運(yun)放(fang)。另(ling)外(wai)同(tong)步(bu)解(jie)調(tiao)需(xu)選(xuan)用(yong)雙(shuang)路(lu)的(de)SPDT模擬開關。
另有工程師朋友建議,在運放、電容、電阻的選擇和布板時,要特別注意選擇高阻抗、低噪聲運算和低噪聲電阻。有網友對這類問題的解決也進行了補充,如網友“1sword”建議:
- 1)電路設計時注意平衡的處理,盡量平衡,對於抑製幹擾有效,這些在美國國家半導體、BB(已被TI收購)、ADI等公司關於運放的設計手冊中均可以查到。
- 2)推薦加金屬屏蔽罩,將微弱信號部分罩起來(開個小模具),金屬體接電路地,可以大大改善電路抗幹擾能力。
- 3)對於傳感器輸出的nA級,選擇輸入電流pA級的運放即可。如果對速度沒有多大的要求,運放也不貴。儀表放大器當然最好了,就是成本高些。
- 4)若選用非儀表運放,反饋電阻就不要太大了,M歐級好一些。否則對電阻要求比較高。後級再進行2級放大,中間加入簡單的高通電路,抑製50Hz幹擾。
三、 如何解決運算放大器的零漂問題?
有網友指出,一般壓電加速度傳感器會接一級電荷放大器來實現電荷——電壓轉換,可是在傳感器動態工作時,電荷放大器的輸出電壓會有不歸零的現象發生,如何解決這個問題?
對此,網友“Frank”分析道,有幾種可能性會導致零漂:
- 1)反饋電容ESR特性不好,隨電荷量的變化而變化;
- 2)反fan饋kui電dian容rong兩liang端duan未wei並bing上shang電dian阻zu,為wei了le放fang大da器qi的de工gong作zuo穩wen定ding,減jian少shao零ling漂piao,在zai反fan饋kui電dian容rong兩liang端duan並bing上shang電dian阻zu,形xing成cheng直zhi流liu負fu反fan饋kui可ke以yi穩wen定ding放fang大da器qi的de直zhi流liu工gong作zuo點dian;
- 3)可能挑選的運算放大器的輸入阻抗不夠高,造成電荷泄露,導致零漂。
網友“camel”和“windman”還從數學分析的角度對造成零漂的原因進行了詳細分析,認為除了使幹擾源漂移小以外還必須使傳感器、纜線電阻要大,運放的開環輸入阻抗要高、yunfangdefankuidianzuyaoxiao,jifankuidianzudezuoyongshiweilefangzhipiaoyi,wendingzhiliugongzuodian。danshifankuidianzutaixiaodehua,yehuiyingxiangdaofangdaqidepinlvxiaxian。suoyibixuzonghekaolv!
而張世龍則建議,對於電荷放大器輸出電壓不歸零的現象,一般采用如下辦法來解決:
1)采用開關電容電路的技巧,使用CDS采樣方式可以有效消除offset電壓;
2)采用同步檢測電路結構,可以有效消除offset電壓。
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