您的位置 首页 FPGA

放大器规划中常见基本问题的解决办法

AC耦合时缺少DC偏置电流回路最常遇到的一个应用问题是在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回路。如上图所示,一只电容器与运算放大器的同相输入端串联以实现耦合,这是一种隔离输入电

AC耦合时短少DC偏置电流回路

最常遇到的一个运用问题是在AC耦合运算扩大器外表扩大器电路中没有供给偏置电流的直流回路。如上图所示,一只电容器与运算扩大器的同相输入端串联以完成耦合,这是一种阻隔输入电压Vin的DC重量的简略办法,这在高增益运用中特别有用,在那些运用中哪怕运算扩大器输入端很小的直流电压都会约束动态规模,乃至导致输出饱满。但是,在高阻抗输入端加电容耦合,而不为同相输入端的电流供给DC通路会呈现问题。

实践上,输入偏置电流会流入耦合的电容器,并给它充电,直到超越扩大器输入电路的共模电压的额定值或使输出到达极限。依据输入偏置电流的极性,电容器会充电到电源的正电压或负电压,扩大器的闭环DC增益扩大偏置电压。这个进程可能会需求很长时刻,例如,一只场效应管输入扩大器,在lpA的偏置电流与一个0.1雾电容器耦合时,其充电速奉I/C为10的-12次方/10的-7次方=lO霁/s.假如增益为100,那么输出漂移为每分钟0.06V.因而,一般实验室测验(运用AC耦合示波器)无法检测到这个问题,而电路在数小时之后才会呈现问题。明显,完全避免这个问题非常重要。

上图所示为对呈现这一问题的处理办法,这儿,在运算扩大器输入端和地之直接一只电阻,为输入偏置电流供给一个对地回路,为了使输入偏置电流形成的失调电压最小,当运用双极性运算扩大器时,应该使其两个输入端的偏置电流持平,所以,一般应将Rl的电阻值设置成等于R2和R3的并联阻值。但是,应该留意的是,该电阻Rl总会在电路中引进一些噪声,因而要在电路输入阻抗、输入耦合电容的尺度等之间进行折中,典型的电阻值为100000Ω-1MΩ之间。

相似的问题也会呈现在外表扩大器电路中,上图所示为运用两只电容进行AC耦合的外表扩大器电路,没有供给输入偏置电流的回来途径,这个问题在运用双电源和单电源供电的外表扩大器电路中都常见。这类问题也会呈现在变压器耦合扩大器电路中,如下图所示,假如变压器次极电路中没有供给DC对地回路,该问题就会呈现。

上图和下图为这些电路的简略处理办法,这儿,在每一个输入端和地之间都接一个高阻值的电阻(RA、RB),这是一种适宜双电源仪器扩大器电路的简略而有用的办法。这两只电阻为输入偏置电流供给了放电回路,在图5所示的双电源比如中,两个输入端的参阅端都接地。在图5所示的单电源比如中,两个输入端的参阅端接地或许接一个偏置电压,一般偏置电压为最大输入电压的l/2.

相同的准则也能够运用到变压器耦合输入电路(上图),除非变压器的次极有中心抽头,它能够接地或许接VCM.在该电路中,由于两只输入电阻之间的失配和两头输入偏置电流的失配会发生一个小的失调电压差错。为了使失调差错最小,在外表扩大器的两个输入端之间能够再接一只电阻(即桥接在两只电阻之间),其阻值大约为前两只电阻的l/10.

为扩大器和ADC供给参阅电压

上图所示为一个外表扩大器驱动一个单端输入的ADC的单电源电路,该扩大器的参阅电压供给一个对应零差分输入时的偏置电压,而ADC的参阅电压则供给份额因子。在外表扩大器的输出端和ADC的输入端之间一般接一个简略的RC低通抗混叠滤波器以削减带外噪声。一般在规划电路时,咱们常常选用简略的办法为扩大器和ADC供给参阅电压,如电阻分压器等,这样会发生差错。

正确供给外表扩大器的参阅电压

一般假定外表扩大器的参阅输入端为高阻抗,由于它是一个输入端,所以使规划人员一般总想在外表扩大器的参阅端引脚接入一个高阻抗源,例如电阻分压器(如上图),这样在某些类型外表扩大器的运用中会发生严峻的差错。上图中,信号总增益G=(1+R5/RG+R6/RG)R2/R1,这儿R2/R1=R4/R30参阅电压输入端的增益为1(假如从低阻抗电压源输入),但是在上图电路中,外表扩大器的参阅输入端引脚直接与一个简略的分压器相连,这会改动减法器电路的对称性和分压器的分压比,还会下降外表扩大器的共模按捺比及其增益精度。但是,假如接入R4,那么该电阻的等效电阻会变小,减小的电阻值等于从分压器的两个并联支路看过去的阻值(50k,该电路表现为一个巨细为电源电压的1/2的低阻抗电压源被加在原值R4上,减法器电路的精度坚持不变。

假如外表扩大器选用一个集成电路,则不能运用这种办法,此外,还要考虑分压电阻的温度系数应该与R4和减法器中的电阻坚持一致,参阅电压不可调。另一方面,假如测验减小分压电阻的阻值使添加的电阻巨细可疏忽,这样会增大电源电流的耗费和电路的功耗。上图是一个处理此问题的好办法,在分压器和外表扩大器参阅电压输入端之间加一个低功耗运算扩大器缓冲器,这样会消除阻抗匹配和温度系数匹配问题,并且很简略对参阅电压进行调理。当从电源电压运用分压器为扩大器供给参阅电压时应确保PSR功能一个常常忽视的问题是电源电压Vs的噪声、瞬变或漂移都会通过参阅输入依照分压比通过衰减后直接加在输出端,实践的处理方案包括旁路滤波以及乃至运用精细参阅电压集成电路发生的参阅电压,以替代Vs分压。

当规划带有外表扩大器

和运算扩大器的电路时,这方面的考虑很重要,电源电压按捺技能用来阻隔扩大器免受其电源电压中的沟通声、噪声和任何瞬态电压改变的影响,这是非常重要的,由于许多实践电路都包括、连接着或存在于只能供给非抱负的电源电压的环境之中。别的,电力线中的沟通信号会反应到电路中被扩大,并且在恰当的条件下会引起寄生振荡。

现有的扩大器都供给频率适当低的电源电压按捺才能,一般PSR目标在80~100dB以上,能够将电源电压的改变影响衰减到1/10000~1/100000,当然要运用高频旁路电容。此外,当选用简略的电源电压电阻分压器并用一只运算扩大器缓冲器为外表扩大器供给参阅电压时,电源电压中的任何改变都会通过该电路不通过衰减直接进入外表扩大器的输出级,因而,除非供给低通滤波器,不然,%&&&&&%优秀的PSR功能会丢掉。

在上图中,在分压器的输出端添加一个大电容以滤除电源电压的改变,并且确保PSR功能。滤波器的-3dB极点由电阻Rl/R2并联和电容Cl决议,-3dB极点应该设置在最低有用频率的1/10处。图10中的CF值能够供给大约0.03Hz的-3dB极点频率,接在R3两头的0.01雾电容可使电阻的噪声最小,该滤波器充电需求10~15s的时刻。

下图为对上图电路的改善,鄙人图中,运算扩大器缓冲器起到一个有源滤波器的效果,它答应运用电容值小的电容对相同大的电源退耦,此外,有源滤波器能够用来进步Q值,然后加速导通时刻。下图电路中,电源电压为12V时,对外表扩大器的6V参阅电压供给滤波,将外表扩大器的增益设置为1,选用频率改变的1VP-P正弦信号调制12V电源,在这样的条件下,跟着频率的减小到大约8Hz时,咱们在示波器上就看不到AC信号了。当对外表扩大器施加低起伏输入信号时,该电路的测验电源电压规模是4~25V,电路的导通时刻大约为2s.

单电源运算扩大器的退耦

最终,单电源运算扩大器电路需求偏置共模输入电压起伏以操控AC信号的正向摆幅和负向摆幅。当从电源电压运用分压器供给偏置电压时,为了确保PSR的功能就需求适宜的退耦。一般常常是用l00k俚缱杓雾的电容供给Vs/2给运算扩大器的同相输入端,运用小容量的电容对电源退偶耦一般是不行的,由于极点仅为32Hz,所以电路呈现不稳定,特别是在驱动理性负载时。

上图和下图所示分别为反相输入和同相输入时到达最佳退耦成果的Vs/2偏置电路,在两种状况中,偏置电压加在同相输入端,反应到反向输入端以确保相同的偏置电压,并且单位DC增益也要偏置相同的输出电压。耦合%&&&&&%Cl使低频增益从BW3降到单位增益。一般选用100Ω电阻分压器时,为取得0.3Hz的-3dB截止频率,应当选用的C2最小为10μF.

声明:本文内容来自网络转载或用户投稿,文章版权归原作者和原出处所有。文中观点,不代表本站立场。若有侵权请联系本站删除(kf@86ic.com)https://www.86ic.net/fangan/fpga/243091.html

为您推荐

联系我们

联系我们

在线咨询: QQ交谈

邮箱: kf@86ic.com

关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

返回顶部