运算放大器使用的6个注意事项

运算放大器是作为最通用的模拟器件，广泛用于信号变换调理、ADC采样前端、电源电路等场合中。虽然运放外围电路简单，不过在使用过程中还是有很多需要注意的地方。! V/ R9 A* G% o

" }% [1 G) }# |+ T# o! }1、注意输入电压是否超限8 L' |, q" F& e& c* [* a  k7 E; H
图1是ADI的OP07数据表中的输入电气特性的一部分，可以看到在电源电压±15V的条件下，输入电压的范围是±13.5V，如果输入电压超出范围，那么运放就会工作不正常，出现一些意料不到的情况。8 e* ^: Z! f  E. ]
而有一些运放标注的不是输入电压范围，而是共模输入电压范围，如图1-2是TI的TLC2272数据表的一部分，在单电源+5V的条件下，共模输入范围是0-3.5V。其实由于运放正常工作时，同相端和反相端输入电压基本是一致的（虚短虚断），所以“输入电压范围”与“共模输入电压范围”都是一样的意思。
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3 K1 h+ _5 |1 k7 a7 ^9 _4 r图1-1' G/ o3 v" {2 ^5 O: D; L
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3 u. U; u/ c* Z8 d" p8 u5 o' j图1-2( p/ |' C9 P% E6 {3 Z+ U9 ?

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9 j; l) R; s3 ~8 r  d4 H2、不要在运放输出直接并接电容
) q% A) p+ ?1 R  a$ a4 _& Y在直流信号放大电路中，有时候为了降低噪声，直接在运放输出并接去耦电容（如图2-1）。虽然放大的是直流信号，但是这样做是很不安全的。当有一个阶跃信号输入或者上电瞬间，运放输出电流会比较大，而且电容会改变环路的相位特性，导致电路自激振荡，这是我们不愿意看到的。2 s6 E: o' O9 n) ?1 Q$ w
正确的去耦电容应该要组成RC电路，就是在运放的输出端先串入一个电阻，然后再并接去耦电容（如图2-2）。这样做可以大大削减运放输出瞬间电流，也不会影响环路的相位特性，可以避免振荡。: g! Z" P& R3 F- S+ ]) Q; f# E

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8 Z5 h6 y8 B! |' d3、不要在放大电路反馈回路并接电容( E: u! y0 Y4 v+ _% k
如图3-1所示，同样是一个用于直流信号放大的电路，为了去耦，不小心把电容并接到了反馈回路，反馈信号的相位发生了改变，很容易就会发生振荡。所以，在放大电路中，反馈回路不能加入任何影响信号相位的电路。由此延伸至稳压电源电路，如图3-2，并接在反馈脚的C3是错误的。为了降低纹波，可以把C3与R1并联，适当增大纹波的负反馈作用，抑制输出纹波。
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4 w! g! A: Z/ S6 k7 v4、注意运放的输出摆幅) k% G3 Q3 l! h& y: r/ W) U2 X2 K* J
任何运放都不可能是理想运放，输出电压都不可能达到电源电压，一般基于MOS的运放都是轨对轨运放，在空载情况下输出可以达到电源电压，但是输出都会带一定的负载，负载越大，输出降落越多。基于三极管的运放输出幅度的相对值更小，有的运放输出幅度比电源电压要小2~6V，比如NE5532。图4-1就是TI的TLC2272在+5V供电的输出特性，它属于轨对轨运放，如果用该器件作为ADC采样的前级放大（如图4-2），单电源+5V供电，那么当输入接近0V的时候，输入和输出变得非线性的了。解决的方法是引入负电源，比如在4脚加入-1V的负电源，这样在整个输入范围内，输出与输入都是线性的了。$ Q/ j. P3 t. w6 }

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图4-1
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! W6 `/ c/ v' L( ^5、注意反馈回路的Layout, N- L$ \7 q! @0 P0 o
反馈回路的元器件必须要靠近运放，而且PCB走线要尽量短，同时要尽量避开数字信号、晶振等干扰源。反馈回路的布局布线不合理，则会容易引入噪声，严重会导致自激振荡。0 F* h/ l/ P0 F# g6 N- o! Q
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6、要重视电源滤波  n3 u( x0 X4 Y+ {
运放的电源滤波不容忽视，电源的好坏直接影响输出。特别是对于高速运放，电源纹波对运放输出干扰很大，弄不好就会变成自激振荡。所以最好的运放滤波是在运放的电源脚旁边加一个0.1uF的去耦电容和一个几十uF的钽电容，或者再串接一个小电感或者磁珠，效果会更好。