偶看新闻贴吧一键签到大师:运放使用中容易忽视的问题之序
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/29 05:40:32
在嵌入式设计中，数字部分的功能越来越强大，而模拟电路大有被边沿化的趋势，但不管怎样，传感器以及其调理电路，还是离不开模拟电路的，其中运放是不可或 缺的模拟器件。
本序列文章谈谈在设计运放电路中容易被设计人员疏忽的问题，不注意这些问题，可能导致你的电路看起来能够工作，但性能却达不到设计指标。你满头大汗地查找 问题，而运放却在一旁冷眼旁观。你一会儿怀疑PCB布线，一会儿怀疑电源纹波片，可总找不着门儿。你试着更换运放芯片，会发现有些好一些，有些差一些，你 把运放厂家的FAQ叫过来臭骂一顿，解气！但骂完了该怎样还怎样。你可能会尝试更换运放型号，终于碰上一款能用的，虽不明就里，你依然狂喜不已，价格就管 不了那么多了。不过不要高兴太早，由于你这是“试”出来的，没经过理论设计，我们知道，模拟器件的许多参数的离散性是很大的，说不定下一个批次的器件，参 数稍有改变，你就傻眼了。我曾经帮别人解决过一个问题，那人在一个设计中，尝试了一大堆运放，才找到一个合用的型号，而我只稍微调整了他的电路，结果，用LM324就解决了问题。
曾经和一个很大的IC公司的技术经理交流时，他讲起他的某客户，非得用一款宇航级的运放才能满足，但该产品只是用在普通工业产品中。我说，那99%是设计 不当，宇航级产品，为了可靠性和适应特殊的太空环境，许多性能指标都要比民用产品低得多的，只要设计正确，宇航级芯片能实现的指标，民用芯片是没有实现不 了的。我说完了，笑笑，他也笑笑，30美金的运放啊，能给他增加多少销售业绩！
所以，当你设计出来的电路，达不到设计指标时，一定要仔细查设计和计算过程，看有没有错误，再者，仔细阅读器件的datasheet，看其参数是不是跟你 的设计100%匹配。你可以通过更换器件（包括更换型号）等手段来查找问题，但不能对“试”出来的结果不加分析。
记住，模拟电路不正常工作，大部分问题是器件选型和设计问题！不要胡乱怀疑。特别是，在实验室条件下，当用军品级器件可以而民品级却不行时，几乎100%可以判定是你的设计问题。运放使用中容易忽视的问题（之一）
本文谈谈 输出电压摆幅的问题
运放的输出电压是有限制的，普通运放的输出电压范围一般是（Vss+1.5V～Vcc-1.5V），比如电源电压是±15V，运放能输出的最低电压为 -13.5V，最高电压为13.5V，超过这个电压范围即被限幅。这个特性导致电源电压不能被充分利用，特别是电池工作的设备，工作电压很低，这个问题特 别突出，于是出现了rail to rail（轨至轨）型运放。那么是不是使用了rail to rail运放，就不用考虑电源轨的限制了呢？不是的，很多人在设计放大电路时，容易在此犯迷糊，导致模拟量检测电路中，打信号时测量精度莫名下降，还不知 道问题出在哪里，胡乱怀疑电源纹波、传感器精度、PCB布线……，方向错了，满头大汗也找不到问题所在。对于普通运放，比如15V供电时，说输出电压摆幅 可以达到13.5V，其实输出电压接近13.5V时，运放的特性就开始变差，主要表现在放大倍数急剧下降，信号就开始失真，增益越大，失真越严重。Rail to Rail运放的广告宣传中会说能达到正负电源的输出范围，实际上，当信号与电源轨的距离小于300mV时，放大器就会开始产生失真。
建议：普通运放电源的正负极电压应该分别比要求的输出电压高2V以上，Rail to Rail型运放应该高300mV以上。
运放使用中容易忽视的问题（之二）
本文谈谈输入范围
运放输入电压范围是有限制的，大家都知道，输入电压超过电源电压+0.5V时，就有可能损坏运放。那么，是否输入电压不超过电源电压，就能正常工作呢？就 是很多人注意不到的了。
运放对输入电压的限制主要是共模电压，理想运放的共模电压是没有限制的，不同型号的运放的输入共模电压范围不一样，使用前需要确认。下图是国半的LF347的datasheet中关于共模电压的参数，可见LF347的输入共模电压在正负端还不对称。
有些型号的运放没有标明Vcm，但从其他参数中可以窥出端倪，下图是AD8603的共模电压参数：
图中，从CMRR参数可以看到，8603的共模电压可以达到电源轨，但从Vos参数又可见，Vcm的大小，将极大地影响Vos参数。
当运放用于同相放大（包括电压跟随器）时，就应该特别注意输入电压范围，在我们常用的电压跟随器中，共模电压Vcm ＝ （V+ ＋ V-）/2 ＝V input，大信号时很容易达到运放共模电压的容限。
当运放工作在反相放大状态时，有V+ = V- ≈0，可以不用担心共模电压问题。
建议：工作与同相放大或者跟随器模式的运放，运放选型时，一定要注意其输入共模电压范围，否则容易造成信号失真。