运算放大器与仪表放大器设计常见问题及解决方案

"本文主要探讨了在放大器电路设计中常见的问题，特别是关于AC耦合时缺少DC偏置电流回路的问题。作者Charles Kitchin通过一个实例分析了该问题可能导致的后果，并给出了实用的解决方案。" 在设计使用运算放大器（OPAMP）或仪表放大器（In-Amp）的电路时，往往会出现一些基本但重要的应用问题。其中，最常见的一个问题是在AC耦合的电路中缺乏DC偏置电流路径。在图1所示的电路中，电容器用于隔离输入电压的直流分量，但在高阻抗输入端加电容耦合，若未提供DC回路，会导致输入偏置电流流入电容器，从而引发问题。 输入偏置电流会使得电容器充电，当充电电压超过放大器输入电路的共模电压额定值或使输出饱和时，就会产生问题。对于具有场效应管（FET）输入的放大器，例如1pA的偏置电流与0.1μF电容器耦合，充电速率约为10μV/s，这可能导致输出每分钟漂移0.06V。这样的问题在常规的实验室测试中可能无法立即显现，但会在长时间运行后暴露出来。 为了解决这个问题，图2展示了一个修正后的设计，引入了电阻R1和C1构成一个低通滤波器，为输入偏置电流提供一个DC通路。这样可以确保电容器不会过度充电，保持放大器的正常工作。计算公式显示，-3dB输入带宽与R1C1的乘积成反比，R1通常等于R2和R3的并联值。 此外，这个设计还强调了在进行放大器电路设计时，应充分考虑长期稳定性和温度稳定性。设计师需要确保在所有工作条件下，放大器的输入端都能保持适当的偏置，以防止输出漂移或饱和。同时，理解并考虑放大器的输入偏置电流、输入偏置电流的温漂以及共模电压范围等参数是至关重要的。 总结起来，避免放大器电路设计中的常见问题需要对基本概念有深入的理解，包括AC耦合的工作原理、偏置电流的影响以及电路稳定性的重要性。设计师应当重视电路的长期行为，而不仅仅是瞬态响应，这样才能确保放大器电路能够按照预期稳定工作。通过合理的设计和对关键参数的控制，可以有效解决这些问题，提高放大器电路的性能和可靠性。