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差动输入钳位对运算放大器的影响

出处:EDN 发布于:2019-08-10 12:24:39 | 398 次阅读

  运算放大器在两个输入端之间的电压应大约为零,那么,在标准运算放大器电路中这些二极管绝不会正向偏置……又或者,它们会正向偏置?
   之前,我们讨论了运算放大器用作比较器时(详情:将运算放大器用作比较器,可行么?),内部差动输入钳位二极管对运算放大器的影响。我提出了一个问题——这些钳位会影响运算放大器电路吗?
运算放大器在两个输入端之间的电压应大约为零,那么,在标准运算放大器电路中这些二极管绝不会正向偏置……又或者,它们会正向偏置?

     稍微提醒一下,我们正在讨论的是一些可能出现某些运算放大器中的差动钳位二极管,请参见图 1。

通常在基本非反相放大器配置结构(包括一种简单的 G=1 缓冲器放大器)中,可以看到运算放大器电路的影响。

下面来看一下一个正向输入步进。输出无法立即跟随浪涌输入电压变化。如果输入步进大于 0.7V,则 D1 导电,从而影响非反相输入。当运算放大器正转向至其新的输出电压时,运算放大器输入端的电流会突然增加至某个更高的尖峰值,参见图 2。最终,当输出“赶上”输入时,一切又变好了。

许多应用本身就是处理慢或者带限信号的,其远低于运算放大器的转换速率,因此肯定不会出现这种情况。
在其他一些应用中,即使输入电压快速变化,输入端电流瞬态也不会对电路运行产生不利影响。但在一些特殊情况下,输入电流脉冲会导致许多问题。一种值得注意的情况是多路复用数据采集系统。

下图显示了这种系统的一个简化案例,其只有两条输入通道。

本例中,多路复用器在通道 1 和通道 2 之间切换,因此要求 U1 的输出能够快速地从 -5V 转换至 +5V。D1 正向偏置和由此产生的输入电流瞬态通过多路复用器开关,从而释放 C2 的电压。R/C 输入滤波器通常用于在通道切换期间保持稳定的电压,但是电流脉冲部分对 C2 放电。现在,C2 需要更多时间来重新充电至正确的输入电压,从而降低了复用速率,也即降低了精确度。
     解决方法是为 U1 选择使用一种没有差动钳位的运算放大器。如 OPA140 等FET 输入放大器,均拥有低输入偏置电流(以便减少 MUX 串联电阻的负担),并且没有差动输入钳位,极为适合多路复用输入。OPA827 在大多数应用中都表现优异—FET 输入、非常低的噪声、高速且稳定快速。但是,它有一些差动输入钳位,因此 OPA827 或许并非运算放大器多路复用器的最佳选择。
     之前的博文重点讨论了差动钳位,介绍了使用各种运算放大器类型的一般原则。详情请参阅《将运算放大器用作比较器,可行么?》。 我并不想让读者产生这样的印象:差动输入钳位运算放大器有风险,应该避免使用,但事实并不是这样的。少数情况下,它们会影响您的电路。但如果知道这一点,您就不会做出盲目的选择。
     您发现差动输入钳位在其他方面影响到您的电路吗?
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关键词:运算放大器

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