运算放大器与仪表放大器设计中的常见问题及解决方案

"本文探讨了放大器电路设计中常见的问题及解决方案，主要关注AC耦合时缺少DC偏置电流回路的问题。" 在放大器电路设计中，集成运算放大器（op amp）和仪表放大器（in-amp）因其便利性和高性能而被广泛使用。然而，设计者常常因为急于构建电路而忽略了一些基础问题，导致电路无法达到预期功能，甚至完全失效。文章特别指出，AC耦合电路中的DC偏置电流回路是容易出错的一个环节。 在图1的示例中，电容器用于实现运算放大器的AC耦合，以隔绝输入电压的直流分量，这对于高增益应用是必要的，因为它可以防止输入端的小直流电压导致输出饱和。但是，这种配置下，输入偏置电流没有适当的回路，而是流入电容器，可能导致电容器电压超出共模电压范围，使放大器输出饱和。长时间运行后，这种问题可能才显现出来，对电路的稳定性造成影响。 解决这一问题的方法是在运算放大器的输入端添加一个电阻器R1，如图2所示，形成一个对地的DC回路，让输入偏置电流有地方流去。电阻器的选择需要平衡输入阻抗、耦合电容大小以及由电阻器自身产生的Johnson噪声。通常，电阻值会落在100,000Ω至1MΩ之间。对于双极性运算放大器，为了平衡输入端的偏置电流，电阻R1的值应等于R2和R3的并联值。 同样的问题也存在于仪表放大器电路中。图3展示了一个使用两电容器AC耦合的仪表放大器示例，处理方法与运算放大器类似，也需要提供一个DC偏置电流的回路。 设计AC耦合放大器电路时，必须确保提供适当的DC偏置电流路径，以避免由于输入偏置电流积累而导致的不稳定性和性能下降。通过在输入端添加合适的电阻，可以有效地解决这个问题，同时在选择电阻值时需要综合考虑噪声和输入阻抗等因素。理解并处理好这些基本问题，对于确保放大器电路的正确运行至关重要。