运算放大器与仪表放大器设计：避免AC耦合电路问题

"避免放大器电路设计中的常见问题.pdf" 在设计放大器电路，尤其是运算放大器（OPAMP）和仪表放大器（In-Amp）时，设计师常常会遇到一些问题，这些问题可能导致电路无法正常工作或者达不到预期性能。本文作者Charles Kitchin探讨了这些常见问题并提供了相应的解决策略。 首先，AC耦合电路中缺少DC偏置电流回路是一个典型问题。在图1所示的电路中，电容器用于AC耦合，隔离输入电压的直流分量，这对于高增益应用是有益的，因为即使微小的直流电压也会影响动态范围。然而，如果不为同相输入端的电流提供DC路径，输入偏置电流将流进耦合电容器，导致电容器充电，可能超出放大器输入共模电压的范围，甚至使输出饱和。这种情况下的充电速率取决于输入偏置电流和电容值，长时间运行后可能导致输出漂移。 为了解决这个问题，如图2所示，可以添加一个旁路电阻（R1）形成一个DC偏置电流回路。这个电阻和输入电容器（C1）一起决定电路的-3dB输入带宽。R1的值通常取为R2和R3的并联值，确保输入信号的交流部分可以通过，同时保持直流偏置电流的正确路径。这种配置可以有效防止因电容器充电引起的长时间漂移问题。 此外，设计时还应注意放大器的共模输入范围。在某些情况下，输入信号可能会超出放大器能处理的共模电压范围，导致非线性行为或输出失真。设计师应确保所有信号都在放大器的输入共模电压范围内，并且考虑到温度变化和电源波动可能对共模电压的影响。 另一个常见问题是电源抑制比（PSRR）。PSRR是衡量放大器抑制电源噪声的能力，如果PSRR低，电源噪声可能会被放大，影响输出信号的质量。在设计时，应选择具有足够高PSRR的放大器，并考虑使用电源滤波器来减少噪声。 增益稳定性也是需要注意的方面。高增益可能导致电路不稳定，尤其是在反馈环路中使用了电容性元件时。为了保证稳定性，设计师需要计算并验证闭环增益的波特图，确保系统没有多余的极点或零点导致不稳定。 最后，热漂移和温度系数也是影响放大器性能的重要因素。元件的温度变化会导致参数改变，影响放大器的增益和偏置点。在设计过程中，应该选择具有低温度系数的元件，并尽可能地进行热管理，比如使用散热器或优化布局以减小温升。 设计放大器电路时，需仔细考虑AC耦合的偏置问题、共模电压范围、电源抑制比、增益稳定性和温度影响。通过理解和应用这些原则，可以避免许多常见的设计陷阱，确保放大器电路的稳定和高效运行。