運算放大器用作比較器中差動鉗位二極體的應用

2020-12-08 電子發燒友

運算放大器用作比較器中差動鉗位二極體的應用

佚名 發表於 2018-03-21 08:52:42

運算放大器用作比較器時，內部差動輸入鉗位二極體對運算放大器的影響。我提出一個問題——這些鉗位會影響運算放大器電路嗎？運算放大器在兩個輸入端之間的電壓應大約為零，那麼，在標準運算放大器電路中這些二極體絕不會正向偏置……又或者，它們會正向偏置？ 稍微提醒一下，我們正在討論的是一些可能出現某些運算放大器中的差動鉗位二極體，請參見圖 1。

通常在基本非反相放大器配置結構（包括一種簡單的 G=1 緩衝器放大器）中，可以看到運算放大器電路的影響。下面來看一下一個正向輸入步進。輸出無法立即跟隨浪湧輸入電壓變化。如果輸入步進大於 0.7V，則 D1 導電，從而影響非反相輸入。當運算放大器正轉向至其新的輸出電壓時，運算放大器輸入端的電流會突然增加至某個更高的尖峰值，參見圖 2。最終，當輸出「趕上」輸入時，一切又變好了。

許多應用本身就是處理慢或者帶限信號的，其遠低於運算放大器的轉換速率，因此肯定不會出現這種情況。在其他一些應用中，即使輸入電壓快速變化，輸入端電流瞬態也不會對電路運行產生不利影響。但在一些特殊情況下，輸入電流脈衝會導致許多問題。一種值得注意的情況是多路復用數據採集系統。下圖顯示了這種系統的一個簡化案例，其只有兩條輸入通道。

本例中，多路復用器在通道 1 和通道 2 之間切換，因此要求 U1 的輸出能夠快速地從 -5V 轉換至 +5V。D1 正向偏置和由此產生的輸入電流瞬態通過多路復用器開關，從而釋放 C2 的電壓。R/C 輸入濾波器通常用於在通道切換期間保持穩定的電壓，但是電流脈衝部分對 C2 放電。現在，C2 需要更多時間來重新充電至正確的輸入電壓，從而降低了復用速率，也即降低了精確度。 解決方法是為 U1 選擇使用一種沒有差動鉗位的運算放大器。如 OPA140 等FET 輸入放大器，均擁有低輸入偏置電流（以便減少 MUX 串聯電阻的負擔），並且沒有差動輸入鉗位，極為適合多路復用輸入。OPA827 在大多數應用中都表現優異—FET 輸入、非常低的噪聲、高速且穩定快速。但是，它有一些差動輸入鉗位，因此 OPA827 或許並非運算放大器多路復用器的最佳選擇。之前的博文重點討論了差動鉗位，介紹了使用各種運算放大器類型的一般原則。詳情請參閱《運算放大器用作比較器》。 我並不想讓讀者產生這樣的印象：差動輸入鉗位運算放大器有風險，應該避免使用，但事實並不是這樣的。少數情況下，它們會影響您的電路。但如果知道這一點，您就不會做出盲目的選擇。您發現差動輸入鉗位在其他方面影響到您的電路嗎？

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