如何為偏置電流提供直流迴路?正確示範 VS 錯誤示範

2020-12-17 電子工程專輯

您有過這樣的經歷嗎？設計電路時由於匆忙行事，而忽視了一些基本問題，結果使電路功能與預期不符。。。在交流耦合運算放大器或儀表放大器電路應用中，最常見的問題之一就是——沒有為偏置電流提供直流迴路。今天小編就為大家論述下這個問題，並且提出一種超級實用的解決方案。拿走吧~


圖1中，一個電容串接在一個運算放大器的同相(+)輸入端。這種交流耦合是隔離輸入電壓(VIN)中的直流電壓的一種簡單方法，在高增益應用中尤為有用。在增益較高時，即使是放大器輸入端的一個較小直流電壓，也會影響運放的動態範圍，甚至可能導致輸出飽和。然而，容性耦合進高阻抗輸入端而不為正輸入端中的電流提供直流路徑的做法會帶來一些問題。


圖1 錯誤的交流耦合運算放大器電路


輸入偏置電流流經耦合電容，給其充電，直到超過放大器輸入電路的額定共模電壓或超過輸出限值。根據輸入偏置電流的極性，電容充電或者向正電源電壓方向，或者向負電源電壓方向。這個偏置電壓會被放大器的閉環直流增益放大。


這一過程可能較長。例如，對於一個帶有場效應電晶體(FET)輸入端的放大器，若其偏置電流為1 pA，通過一個0.1-μF的電容進行耦合，則其IC充電率I/C為


10-12/10-7 = 10 μV/秒


合600 μV/分。如果增益為100，則輸出漂移為0.06 V/分。可見，如果採用交流耦合示波器做短時間的測試可能無法檢測出這一問題，電路要在數小時後才會發生故障。總之，避免這一問題是非常重要的。


圖2所示即是一種簡單的解決方案。此例中，一個電阻連接在運算放大器的輸入端與地之間，從而為輸入偏置電流提供了一個迴路。為最小化輸入偏置電流導致的失調電壓，在使用雙極性運放的時候，考慮運放兩個輸入端的匹配問題，通常將R1設為R2和R3的並聯值。


圖2 雙電源供電運算放大器輸入端交流耦合的正確方法


但要注意的是，該電阻始終會給電路帶來一定噪聲，因而需在電路輸入阻抗、所需輸入耦合電容大小與電阻引進的詹森噪聲之間進行權衡。典型電阻值一般在100,000 Ω至1 MΩ之間。


圖3所示的是通過兩個電容進行交流耦合的儀表放大器電路，也沒有為輸入偏置電流提供迴路。該問題常見於採用雙電源供電(圖3a)和單電源供電(圖3b)的儀表放大器電路中。


圖3 錯誤的交流耦合儀表放大器電路


如圖4所示，如果變壓器次級電路中未提供直流到地迴路，這個問題也會發生在利用變壓器耦合的電路中。


圖4 錯誤的變壓器耦合儀表放大器電路


圖5和圖6給出了此類電路的簡單解決方案。在各輸入端與地之間均添加了一個高值電阻(RA, RB)。對雙電源儀表放大器電路來說，這是一個簡單而實用的解決方案。電阻為輸入偏置電流提供了一個放電路徑。在雙電源示例中，兩個輸入端均以地作為參考。在單電源示例中，輸入端既可以地為參考(VCM接地)也可以一個偏置電壓為參考，該偏置電壓通常為最大輸入電壓範圍的一半。


圖5 儀表放大器變壓器輸入耦合的正確方法


同一原理也可用於變壓器耦合輸入端(圖5)，除非變壓器次級繞組有中心抽頭，該中心抽頭既可接地，也可連接至VCM。在這些電路中，存在一個因電阻和/或輸入偏置電流不匹配導致的較小失調電壓誤差。為使此類誤差最小，可在儀表放大器的兩個輸入端之間連接電阻值約為兩個電阻十分之一(但與差分源電阻相比，該值仍較大)的另一個電阻(從而將兩個電阻橋接起來)。


圖6 各輸入端與地之間的高值電阻提供所需的偏置電流迴路


▲好文章當然要分享~如果您喜歡這篇文章，請聯繫後臺添加白名單，歡迎轉載哦~


相關焦點

  • 如何為偏置電流提供直流迴路?你應該這樣做...
    在交流耦合運算放大器或儀表放大器電路應用中，最常見的問題之一就是——沒有為偏置電流提供直流迴路。今天小編就為大家論述下這個問題，並且提出一種超級實用的解決方案。圖1中，一個電容串接在一個運算放大器的同相(+)輸入端。
  • 三極體偏置電路分析方法
    了解基極靜態偏置電流作用本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201909/404724.htm偏置電路的作用是給三極體提供基極直流電流
  • 集成運放的偏置電路圖解析
    集成運放電路中的恆流偏置電流是如何工作的 　　集成運放中為了使各級電路均有穩定的靜態工作點，不是採用給電晶體b- e間或場效應管g-s間加偏置電壓來決定輸出迴路電流，而是為每級放大管輸出迴路注入恆定電流（Icg，Isg 或Idg;Isg）的方法來設置Q點，這種方法在具有恆流源的差分放大電路中曾採用過。
  • 基極分壓式射極偏置電路是如何穩定靜態工作點的?-電子發燒友網
    打開APP 基極分壓式射極偏置電路是如何穩定靜態工作點的? 　　圖1-1所示是典型的分壓式偏置電路。電路中的VT1是NPN型三極體，採用正極性直流電壓+V供電。由於R1和R2這一分壓電路為VT1基極提供直流電壓，所以將這一電路稱為分壓式偏置電路。 　　電阻R1和R2構成直流工作電壓+V的分壓電路，分壓電壓加到VT1基極，建立VT1基極直流偏置電壓。
  • 圖文詳解:電流互感器的飽和、伏安特性以及迴路接線錯誤案例分析
    （3）電流互感器伏安特性（4）電流互感器迴路接線錯誤案例分析一、電流互感器二次迴路接線方式在變電站中，常用的電流互感器二次迴路接線方式有單相接線、兩相星形(或不完全星形)接線、三相星形(或全星形在微機形差動保護中，常常將各側電流互感器的二次迴路均接為星形，在保護裝置中通過軟體計算進行電流轉角與電流的零序分量濾除，這樣就簡化了接線。
  • 基於數字電位器的直流偏置技術
    摘要 針對基於數字電位器的直流偏置技術進行了研究，從理論上進行了噪聲對直流偏置源影響的分析，重點討論了利用微控制器、關鍵詞 直流偏置；噪聲；仿真分析 直流偏置源為電子有源器件或系統提供一定的偏置電壓，可廣泛用於軍事系統及民用產品以及特殊行業，如石油化工、航空航天等工業設計中。直流偏置技術的實現方法較多。本文根據直流偏置源應用的實際環境和要求，採用工控機通過CAN通信與微控制器進行實時數據傳輸，微控制器又通過SPI串行通信控制數字電位器組合電路的方法實現偏置電壓的輸出。
  • 穿過隔離柵供電:認識隔離式直流/ 直流偏置電源
    在工廠機器人等其他應用中，敏感控制電路單獨接地，並與產生較大直流電流、噪聲和接地反彈的電機隔離。通常在整個隔離柵中進行通信和感應。與隔離 CAN 和 CAN FD 信號類似，設計人員可使用專為 RS-485 協議設計的隔離式收發器。保護繼電器使用隔離式電流和電壓傳感器感應整個電網中的電力輸送。牽引逆變器和電機驅動器接收電機控制器發出的脈寬調製信號，然後信號經過隔離器向柵極驅動器發出開啟或關閉絕緣柵雙極電晶體的指令。通過提供從隔離柵一側到另一側的偏置電源，隔離式偏置轉換器可實現隔離通信和感應。
  • 我們為什麼需要偏置電路?
    為了讓電晶體正常工作，需要為其提供偏置電壓 由於放大電路之間的電容CIN隔離了信號中的直流成分，要使電晶體放大電路正常工作，就需要保證基極、發射極以及集電極之間處於正確的電壓關係。為此，在電晶體放大電路中加入偏置電路，為電晶體提供正常工作所需要的偏置電壓。
  • 三埠隔離DC-DC變換器的暫態直流偏置機理及抑制策略
    傳統移相控制方法下，當移相角發生突變時，各埠電感的高頻鏈電流及高頻變壓器的勵磁電流中存在暫態衝擊和直流偏置現象，進而可引起開關管電流應力增加，導致變壓器單向飽和，威脅變換器的安全運行。在暫態調節過程中，移相角的動態變化會打破電感的伏秒平衡，進而在變換器埠電感及變壓器鐵芯上產生直流偏置電流。電感的直流偏置電流會在開關器件中引入過大的峰值電流，增大開關損耗，嚴重時造成開關器件的損壞。變壓器鐵心的直流偏置電流會導致鐵心工作時的磁化曲線不再關於原點對稱，當偏磁嚴重時，鐵心將進入單向深度飽和，磁化電流劇增，鐵心損耗與溫升增加，變換器效率降低。
  • 詳解電路迴路中的差模電流和共模電流
    本節我們進一步說明差模電流和共模電流的定義和概念。圖中是一個簡單的電路，包括一個閉合的迴路，有一個差模信號源，一個負載。在差模信號源作用下，迴路中產生了差模電流。如果信號源是直流的，一切情況都是我們所熟悉的，全部電流局限在設計好的電路迴路中。但是，如果信號源是交流信號，就會出現意外的情況。由於迴路導體與周圍的導體之間存在雜散電容，這些雜散電容為交流信號提供了一個通路，因此會有一部分電流從差模迴路中逃逸出來，從空間雜散電容返回信號源。這就是共模電流。
  • 如何正確安裝和維護剩餘電流保護器?附上正確與錯誤的接線圖
    用電設備應正確無誤的連接同一個剩餘電流保護器支線迴路內，不能同時連接於兩個保護支路迴路。（7）獨立接地。安裝剩餘電流保護器的設備和不安裝剩餘電流保護器的設備不能共用一個接地裝置。否則當不安裝剩餘電流保護器的設備絕緣破壞而帶電時（＞50V時），安裝剩餘電流保護器一側設備對人體不能起到觸電保護作用。
  • 偏置電路的作用
    > 偏置電路——就是為三極體提供工作點的電路，有的用電阻分壓給基極提供偏置電壓，有的是用一個電阻為基極提供偏置電流； 偏置電路的作用——為三極體提供正常的工作點，使三極體工作在線性放大狀態。
  • 共模騷擾兩個要點-電流形成閉合迴路;電容為高頻電流提供通路
    要理解共模騷擾的概念，需要堅定兩個信念：第一，電流總是要形成閉合迴路的，從某個源流出，一定要流回這個源。第二，空間總是存在雜散電容的，這些雜散電容為高頻電流提供了通路。這種電流，就是共模電流。例如，圖中的開關電源電路中，作為開關器件使用的三極體Q1，它通常安裝在散熱片上，因此，三極體與散熱片之間有較大的雜散電容，散熱片與設備的金屬外殼之間，也有雜散電容，金屬外殼與電源線之間也存在雜散電容，由此構成了一個共模電流的迴路。大家可能聽到過這種說法：「頻率較高的一般是共模騷擾」，現在明白這個道理了吧。
  • 「電流之戰」交流和直流電流引起的問題有哪些
    另外，增加或減少交流電壓比增加或減少直流電壓容易得多。但是，直流供電的設備（例如平板電腦，智慧型手機和可攜式照明設備）可以通過僅在一個方向上運行且不會變化的直流電源來更有效地運行。 交流和直流電流引起的問題
  • 串聯電抗器迴路電流該如何計算?
    確定電容器串聯電抗器迴路的電流，應該把電容器和串聯電抗器作為一個迴路整體來分析，因為補償迴路中除了要承載正常的基波無功電流外，還應該允許它能夠承載一定 量的某次諧波電流。串聯電抗器的電容器補償迴路，正常情況下補償容量及通過的電流如何計算呢，現舉例如下：如果迴路電抗器的電抗率為14%，系統電壓為400V 。
  • 三極體放大電路基礎:偏置電路是如何計算確定的呢?乾貨分享
    三極體放大電路需要合理選擇偏置電路，才能建立正常的直流工作點，才能將微弱的交流信號在電路中疊加完成放大作用。為了不失真地放大信號，需要設定一定的直流電流通過三極體基極、集電極、發射極之間，稱為偏置電流。同時也需要設定一定的直流電壓加在三極體各極之間，稱為偏置電壓。
  • 放大器電路設計中,如何避免這些bug?
    AC耦合時缺少DC偏置電流迴路本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201805/379370.htm　　最常遇到的一個應用問題是在交流(AC)耦合運算放大器或儀表放大器電路中沒有提供偏置電流的直流(DC)迴路。
  • 分壓式偏置電路經典設計
    偏置電路是三極體另一種常見的偏置電路。　　（a）電路 　　　　　　　　　　　 （b）微變等效電路　　圖1 分壓式偏置電路及其微變等效電路　　Re是發射極電阻，Ce是Re的旁路電容，它為交流信號提供通道，避免了Re對輸入信號的衰減。
  • 運算放大器的偏置電壓設置技巧分享
    在雙電源運放在接成單電源電路時，工程師在偏置電壓的設置方面會遇到一些兩難選擇，比如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？有的網 友建議用參考電壓源，理由是精度高，此外還能提供較低的交流旁路，有的網友建議用電阻，理由是成本低而且方便，對此，張世龍沒有特別指出用何種方式，只是 強調雙電源」 　　一、運算放大器的偏置設置 　　在雙電源運放在接成單電源電路時，工程師在偏置電壓的設置方面會遇到一些兩難選擇，比如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？
  • 偏置電路的定義和作用以及工作原理
    這些外部電路就稱為偏置電路。 　 偏置電路工作原理 　　穩定靜態工作點原理：由於流過發射極偏置電阻（Re）的電流IR遠大於基極的電流Ib（Ie》》Ib），因此，可以認為基極電位Vb只取決於分壓電阻Re的阻值大小，與三極體參數無關，不受溫度影響。