硬體十萬個為什麼 發表於 2020-12-03 11:02:45
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？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 強調雙電源運放改成單電源電路時，如果採用基準電壓的話，效果最好。這種基準電壓使系統設計得到最小的噪聲和最高的PSRR。但若採用電阻分壓方式，必須 考慮電源紋波對系統的影響，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+處理器是運算放大器的典型應用電路，在這種應用中，一個典型的問題是傳感器提供的電流非常低，在這種情況下，如何完成信號放大？張世龍指出，對於微弱信號的放大，只用單個放大器難以達到好的效果，必須使用一些較特別的方法和傳感器激勵手段，而使用同步檢測電路結構可以得到非常好的測量效果。這種同步檢測電路類似於鎖相放大器結構，包括傳感器的方波激勵，電流轉電壓放大器，和同步解調三部分。他表示，需要注意的是電流轉電壓放大器需選用輸入偏置電流極低的運放。另外同步解調需選用雙路的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，儘量平衡，對於抑制幹擾有效，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，抑制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）反饋電容兩端未並上電阻，為了放大器的工作穩定，減少零漂，在反饋電容兩端並上電阻，形成直流負反饋可以穩定放大器的直流工作點；
3）可能挑選的運算放大器的輸入阻抗不夠高，造成電荷洩露，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、運放的反饋電阻要小，即反饋電阻的作用是為了防止漂移，穩定直流工作點。但是反饋電阻太小的話，也會影響到放大器的頻率下限。所以必須綜合考慮！
而張世龍則建議，對於電荷放大器輸出電壓不歸零的現象，一般採用如下辦法來解決：
1）採用開關電容電路的技巧，使用CDS採樣方式可以有效消除offset電壓；
2）採用同步檢測電路結構，可以有效消除offset電壓。
編輯：hfy
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