引言

運算放大器最初誕生時是用來作為各種模擬信號的運算，這個名字后來一直沿用至今，但是現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅是所謂的“運算”了，如今它充當(dāng)?shù)慕巧嗟氖恰靶盘栒{(diào)理兼放大”。信號放大可以說是對模擬信號最基本的處理了，放大的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，它在輸入信號的作用下，通過放大電路將直流電源的能量轉(zhuǎn)化成負(fù)載所獲得的能量，使得負(fù)載從電源獲得的能量大于信號源所提供的能量，這也就說明，負(fù)載上總是獲得比輸入信號大得多的電壓或者電流，有時這兩種情況都發(fā)生。

以下是我們在使用運算放大器時需要注意的幾個重要問題，我爭取用最簡單的原理圖以“看圖說話”的方式來說清楚我要表達(dá)的意思，以免給工程師朋友帶來不必要的視覺疲勞.

1、首先應(yīng)該好好理解運放的最簡模型

從運放的原理來說，我們可以將運放看成是一個壓控電壓源，其中，運放的輸出由受控電壓源提供，而受控電壓源的控制電壓就是輸入端的差分電壓，如下圖所示：

2、運放輸出端的電流約束仍然遵循Kirchhoff電流定律

這里不能認(rèn)為流過反饋電阻Rf的電流和流過負(fù)載電阻RL的電流是相等的，因為電流i是“有機會”流入運放的輸出端的，這是由芯片內(nèi)部的構(gòu)造決定的，尤其是高精度應(yīng)用時應(yīng)該好好提防這一點。

3、使用運放時需要注意由電阻自身雜散電容而產(chǎn)生的影響

這個反向比例運算電路的增益函數(shù)如下：

這里，C1會使得頻率特性出現(xiàn)尖峰脈沖，而C2會使得高頻領(lǐng)域的增益下降，從而導(dǎo)致頻率特性惡化！對于一般的低頻應(yīng)用而言，這個因素是可以“視而不見”的，但是如果需要低噪聲環(huán)境的話，就需要盡量減小Ri和Rf的阻值，因為這樣可以減小雜散電容的影響，或者干脆使用高精度的電阻也行，如果開發(fā)成本允許的話。

4、對于反饋系數(shù)的量化問題不應(yīng)該含糊

從這兩個圖可以看出，雖然他們的增益絕對值是一樣的，都是1，說白了這兩個電路都可以看作是一個電壓跟隨器。顯然圖（b）的負(fù)反饋系數(shù)要大，性能應(yīng)該會更好，但是它防止振蕩的能力卻不如圖（a）的電路，因為它對于信號的變化過于“敏感”。所以在實際設(shè)計電路時，對于反饋系數(shù)的量化問題是不能含糊的，它很大程度地決定了系統(tǒng)的“穩(wěn)”、“快”、“準(zhǔn)”這三個方面。最終的電路設(shè)計應(yīng)該是這三個方面的折中，以此達(dá)到傳說中的性能最優(yōu)化。

5、單電源供電時需注意輸出電壓擺幅的問題

如上圖所示，由于是單電源供電，那么運放的兩個輸入端必須加有直流偏壓，而且為了使電路的輸出電壓的動態(tài)范圍最大化，一般要求VP=VN=VCC/2。此外，這里運放的輸入、輸出端的直流電位不為零，So，需要采用電容（C1、C2）來耦合信號。

6、得注意運放的輸入寄生電容

由于運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素，導(dǎo)致運放具有數(shù)pF~數(shù)十pF的輸入寄生電容，這自然使得運放的穩(wěn)定性變差了，輸入寄生電容會和輸入電阻一起形成一個容易被人忽略的LPF，倘若輸入信號的頻率超過一定值，則就會丟失信息。這個頻率值函數(shù)為：

為了解決這個問題，一般采用如下電路所示的方法：

由于輸入寄生電容使得相位滯后，因此可以用超前相位的補償來防止振蕩，上圖中的CF有相位超前的作用，有效地解決了寄生電容所帶來的問題。通常CF取值要稍大于Ci。

7、需要防止運放進入非線性區(qū)，除非該運放用于比較器電路

這是一個很普通的積分電路。如果輸入信號的頻率過低的話，則沒有反饋回路了，即此時電路處于開環(huán)狀態(tài)，也就意味著運放的電壓增益非常大，輸出電壓將極易進入非線性區(qū)，就失去信號放大的意義了。為此，我們可以在電容兩端并聯(lián)一個電阻來加以限制運放的增益。如下圖

8、對于輸出電阻應(yīng)該知道是怎么回事

對于圖（a）來說，輸出電阻由R決定，而對于圖（b）來說，由于R放在反饋電路內(nèi)部，所以它的輸出阻抗非常低，驅(qū)動能力比圖（a）所示電路顯然要好。

以上只是運算放大器的使用注意事項中的幾個點，更多的得需要我們在實踐中不斷總結(jié)，不斷積累，以及借鑒前人的經(jīng)驗，只有這樣，我們才能更好地認(rèn)識和運用運算放大器，才有可能把前端信號調(diào)理地更好。