资深工程师设计案例： 扒一扒运算放大器

先说说电压，根据前人的经验和我自己使用的经验，对于低频电路，op放大器的电源一般选用±12V，这个电压在市场上面比较常见，如果输出比较高的话也可以用到±15V或者±18V；如果输出电流比较大电压比较高的话这个电压还可略微提高，但是一般不要超过±20V（此时实际很多器件都没有余量了）。这个时候要注意器件的散热问题。对于高频而言，考虑到幅度问题，一般不会太高，考虑到散热，这个供电电压要适当减低，一般±5V比较常用，必要的时候也可提高一些。但是高频放大幅值都不会太高，因为有速度的影响。
　　还有一些运算放大器，使用在单电源的场合，这个是为了解决单电源应用问题而产生的，毕竟很多的场合是没有双电源的。近年来，芯片电压越来越低，用3.3v作为电源供电的情况是越来越多了，这个也变得更加重要。
　　在这里，运算放大器的电压去偶是个要关注的重点，一方面抑制输入噪声，一方面防止输出噪声。
　　电压用到比较高的场合，还要考虑到保护问题，输入需要保护，输出也需要保护。对于输入，如果是同相端输入，串连一个数百欧姆的电阻加上二极管4148保护是比较实用的方法，这个二极管不要质量太差，否则会因为漏电流造成直流问题。如果是反向输入，加两个二极管到地利用它正向导通特性起到保护作用。对于输出也是类似，就是使用串电阻并加两个二极管到正负电源的方法解决。保护电压要留一点余量，免得产生信号失真。
　　这里再说一下单电源放大器的使用。
　当使用单电源电路时，运算放大器就不得不使用单电源电压驱动，因为模拟电路通常都是以地为基准（零电位），必须保证输入为0伏，输出也是0伏，所以0入0出是其使用的必要条件。一般来讲除非特别说明，普通放大器单电源工作特性是很难保证的。如果手头确实没有单电源放大器，有一个方法可以让普通放大器实现单电源工作。如果输入电压是+12v，以反相放大器为例，一般双电压都是同相端接地，这里采用同相端接1/2*+12v=+6v，当然输入端是要用电容隔直的，把中心点抬高到中心电压，这样就可以把这个放大器做为一个±6V供电的放大器来使用了，当然最大幅值也是不能超过±6V（实际应用考虑到实际参数要小一些比较好）。这个在音频电路使用的还是比较多的。
　　单电源放大器的特点如下：
　　1， 可以0v输入（输入电压范围0~vcc-1.5v）
　　2， 可以0v输出（输入电压范围0~vcc-1.5v）
　　实际上，很多的单电源放大器所谓的0输出都是在零的附近，并非真正的0，如果在精度高的地方，肯定是不行的；这个时候就要考虑采用电平移动的方法，说白了还是在同相输入端加一点偏置电压，把零点转换成一个非零值再放大，就可以避开之隔死区问题了。
　　在使用各种单电源放大器时，很容易出现的一个问题就是会有输入电压超出容许范围的情况，这时会导致输出电压发生急剧变化，出现输出相位反转或者跳跃现象。发生这种现象是破坏了单调性，在应用时是致命的，轻则信号失真，重则损坏器件，不可恢复。
　　所以输入电路必须加装保护电路。一个简单的方法是串接数百欧姆电阻（根据输入电压不同选择），除了电阻其后面还可接两个保护二极管，一段到正电源，一端到地，保证电压在合理的范围内。再说一下运算放大器的常用重要参数：
　　1，输入内阻。这个对于普通应用没什么特别的，通常都是几G到几千G，其实就是偏置电流的另一种变现形式吧！如果用到同相输入并且要求精度比较高的时候，这时就要选择输入内阻高的OP放大器，不然会影响输入值的。如果反相输入，一般影响不大，应为虚地的原因。输入电容一般就是数个p法。
2，输入补偿电压。浅显一点说，所谓补偿电压就是为OP放大器0输入时输出不为0的问题严重状况的表现。一般这个值越小OP放大器越好。因为考虑到OP放大器增益都很高，很小的失调电压都可能造成很大的输出，这个在高精度应用中是不能容忍的，必须要调整或者更换芯片。
　　3，温漂。这个不说都知道，当，然是越小越好了。
　　4，开环增益。微小电流应用时这个要考虑，尽量用大一些。一般场合基本不需要考虑这个问题。
　　5，工作电压。分为单电源和双电源。现在一般双电源OP放大器稍加改造也可以用在一些单电源的场合。应用中一点要注意输入信号最好不要超过电源电压最高值。
　　6，工作电流。一般够用。
　　7，带宽增益积。这个就是常见的GB积。这个值直接决定了你的应用的频率极限。简单的计算就是你用到的最大增益（不是直接的放大倍数，要换成db值）乘上频率就得到了。如果在范围内，应该可以用（实际应用时我都至少减半使用）。
　　8，转换速率。这个也很重要，直接决定应用的频率，频率越高，上升与下降的速率越高，原则上不要超过其最大速率为好。否则必定造成波形的失真。这个速率简便算法可以通过正弦波0°到90°的值除以时间，很容易换算得到。
　　9，共模信号抑制比（CMRR）。这也是区别OP放大器的最重要因素之一。通用场合不必关心（高精度应用后面再说）。下面来点实在的。
高精度mV级得DC放大器使用要点。这种高精度OP放大器的DC特性一般都很出色，但是其频率特性和转换速率等交流特性就会差很多。所以，当输入的信号频率高时，转换速率不足而发生失真，将一部分交流变成了直流成分，导致输入信号的畸变。如果用正弦波输入，你会发现频率变高后波形慢慢都变成了近似三角波了，最后变成与该正弦波毫不相干的波形了。这个时候，如果在反馈电阻上面并联一个电容限制带宽如何呢？答案是，依然失真得厉害。所以在反馈电路滤波是不合适的。
　　这是怎么办呢？最有效的办法就是“御敌于国门之外”--------在输入端加低通滤波器。就是在输入端加一个阻容滤波，考虑到OP放大器偏置电流的影响，会产生补偿电压，所以这个电阻不能太大（几百到几K吧）；如果非要用大的电阻，就只能采用小的偏置电流的OP放大器。加上滤波器后直流变得十分干净，完全没有了交流信号的影响了。