运算放大器基本电路 op放大电路设计怎么样( 三 )

现代的运算放大器和仪表放大器都提供频率相当低的电源电压抑制(PSR)能力作为其设计的一部分。这在大多数工程师看来是理所当然的。许多现代的运算放大器和仪表放大器的PSR指标在80～100dB以上，可以将电源电压的变化影响衰减到1/10,000~1/100,000 。甚至最适度的40 dB PSR的放大器隔离对电源也可以起到1/100的抑制作用。不过，总是需要高频旁路电容(正如图1~7所示)并且经常起到重要作用。
此外，当设计工程师采用简单的电源电压电阻分压器并且用一只运算放大器缓冲器为仪表放大器提供参考电压时，电源电压中的任何变化都会通过该电路不经衰减直接进入仪表放大器的输出级。因此，除非提供低通滤波器，否则IC通常优良的PSR性能会丢失。
在图10中，在分压器的输出端增加一个大电容器以滤除电源电压的变化并且保证PSR性能。滤波器的-3 dB极点由电阻器R1/R2并联和电容器C1决定。-3 dB极点应当设置在最低有用频率的1/10处。
图10.保证PSR性能的参考端退耦电路
上面示出的CF试用值能够提供大约0.03 Hz的–3 dB极点频率。接在R3两端的小电容器(0.01 μF)可使电阻器噪声最小。
该滤波器充电需要时间。按照试用值，参考输入的上升时间应是时间常数的几倍(这里T=R3Cf= 5 s)，或10~15s 。
图11中的电路做了进一步改进。这里，运算放大器缓冲器起到一个有源滤波器的作用，它允许使用电容值小很多的电容器对同样大的电源退耦。此外，有源滤波器可以用来提高Q值从而加快导通时间。
图11.将运算放大器缓冲器接成有源滤波器驱动仪表放大器的参考输入引脚
测试结果：利用上图所示的元件值，施加12 V电源电压，对仪表放大器的6 V参考电压提供滤波。将仪表放大器的增益设置为1，采用频率变化的1 VP-P正弦信号调制12 V电源。在这样的条件下，随着频率的减小，一直减到大约8 Hz时，我们在示波器上看不到AC信号。当对仪表放大器施加低幅度输入信号时，该电路的测试电源电压范围是4 V到25 V以上。电路的导通时间大约为2 s 。
单电源运算放大器电路的退耦
最后，单电源运算放大器电路需要偏置共模输入电压幅度以控制AC信号的正向摆幅和负向摆幅。当从电源电压利用分压器提供偏置电压时，为了保证PSR的性能就需要合适的退耦。
一种常用但不正确的方法是利用100 kΩ/100 kΩ电阻分压器(加0.1μF旁路电容)提供VS/2给运算放大器的同相输入端。使用这样小的电容值对电源退耦通常是不够的，因为极点仅为32 Hz 。电路出现不稳定(“低频振荡”)，特别是在驱动感性负载时。
图12(反相输入)和图13(同相输入)示出了达到最佳退耦结果的VS/2偏置电路。在两种情况中，偏置电压加在同相输入端，反馈到反向输入端以保证相同的偏置电压，并且单位DC增益也要偏置相同的输出电压。耦合电容器C1使低频增益从BW3降到单位增益。
图12.单电源同相输入放大器电路正确的电源退耦方案。中频增益=1+R2/R1
如上图所示，当采用100 kΩ/100 kΩ电阻分压器时一个好的经验是，为获得0.3 Hz的–3 dB截止频率，应当选用的C2最小为10 ΩF，。而100 μF(0.03 Hz)实际上对所有电路都足够了。
图13.单电源反相输入放大器正确的退耦电路，中频增益= – R2/R1

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