【经验】运算放大器选型应用全攻略

运算放大器简称“运放”,是调节和放大模拟信号的器件,是多用于做模拟运算的放大器,主要特点是差分输入、单端输出、直流耦合,输入输出工作点都在0V。除了功率运放外一般不要求输出大的功率。下面从电源选型,检测芯片好坏以及怎么测试运放的失调电压及偏置电流这三个方面来对运放进行剖析。

单、双电源运放的选型
1)首先考虑你能提供什么类型的运放?只有单电源或双电源有一定困难,如果是电池供电的场合就只有用单电源运放了。
2)考虑你是否有输出负电压要求,如果有负电压输出就必须用双电源的运放了。
3)考虑输入电压范围,输入共模电压等因素。


单电源运放基本都是输入输出有轨到轨能力,即输入电压范围0—Vcc,输出电压范围0—Vcc,当然到轨之间有20mV左右的误差。


双电源运放输入和输出基本都没有轨到轨能力,输入电压范围距轨2—4V,输出电压范围距轨2—3V。


两种运放都是甲乙类推挽输出放大器,单电源运放内部一般只能使用MOSFET,双电源运放BJT、MOSFET、JFET都可以用。


综上总结单、双电源的应用场合以及优缺点如下:
单电源:
1)应用场合:电池供电
2)优点:对诸如电容耐压等要求降低
3)缺点:单电源供电的运放都会遇到失调电压(输入为零,输出不为零,所以在输入为0V时会有几mV的信号失真)


双电源:
1)应用场合:输入有正负,输出也有正负或者要求输出中点为0,高精度运用,提高抑制温漂的效果,即双电源是为了抑制零漂、温漂和负电压
2)优点:对诸如电容耐压等要求较低
3)缺点:使用比较麻烦


单电源供电对运放的指标要求要高一些,一般需要用轨对轨(R-R),运放的价格一般会贵点。单电源用V+、GND一般还需生成一个与GND不同的模拟地AGND,因此放大电路的构成形式上要有所不同,往往用单电源的电路较用双电源的要稍复杂一些,以达到同样的目的。随着器件水平的提高,有越来越多的用单电源供电代替双电源供电的应用,这是一个趋势。

芯片好坏的检测:
理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈,开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏,先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。

1)如何判断器件在电路中是做放大器,还是比较器?
不论是何类型的放大器,都有一个反馈电阻Rf,我们在维修时可从电路上检查这个反馈电阻。用万用表检查输出端和反向输入端之间的阻值,如果大的离谱,如几MΩ以上,则我们大概可以肯定器件是做比较器用;如果此阻值较小0Ω至几十kΩ,则再查查有无电阻接在输出端和反向输入端之间,有的话定是做放大器用。


2)器件用作放大器,如何判断好坏?
根据放大器虚短的原理,就是说如果这个运算放大器工作正常的话,其同向输入端和反向输入端电压必然相等,即使有差别也是mv级的。当然在某些高输入阻抗电路中,万用表的内阻会对电压测试有点影响,但一般也不会超过0.2V。如果有0.5V以上的差别,则放大器必坏无疑!


3)器件用作比较器,如何判断好坏?
如果器件是做比较器用,则允许同向输入端和反向输入端不等,同向电压>反向电压,则输出电压接近正的最大值;同向电压<反向电压,则输出电压接近0V或负的最大值(视乎双电源或单电源)。如果检测到电压不符合这个规则,则器件必坏无疑!


如果Rf很不幸坏了,万用表是量不出到底是运放还是比较的。那么反向输入端和输出端的电阻为负值说明什么?
1)电阻出现负值通常是电路中有电容充放电存在,不过也不会一直为负值的。既然是测温度,不妨给系统通电,然后改变传感器周围的温度,用万用表检测电压的变化即可。(运用OP-07测温度)
2)正负电源电压正常,却频繁烧坏。


参数说明:
电源电流Is(Supply Current):运放正常工作时从电源端流入的电流。

运放具有功率放大功能,但这功率是从哪里来的呢?就是从电源中获取的。由功率等于P=IU可知,单有电压还不够,必须有电流,而那个Supply Current就是电源电流。此参数并不是可有可无的,它反映了运放的功耗,是一个很重要的参数。


(输入)失调电流:Uo=0V时,两输入端静态电流之差。

(输入)偏置电流:恒流源驱动情况下,在Uo=0V时,两输入端电流的平均值,即Ib=(Ib1+Ib2)/2;
放大倍数,增益:单位dB。

怎么测试运放的失调电压?
对于失调电压,一般是设置一个很大的增益并且把输入短接,这时候的输出电压除以增益就是失调电压的大小。
 


怎么测试运放的偏置电流?
对于失调电流,用一个很大的电阻接在反馈回路上,S1闭合时,测同相端的偏流Ip,S2闭合的时候测反相端的偏流In。

2016-12-26    世强
郭勇斌
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