|
从上学的时候教科书获知，运放组成的积分器是将方波转化为三角波。当时学习积分运算电路，课本给出建议，在实际电路中，需要在反馈电路中并联一个电阻，就是为了防止低频信号增益过大。但这句话并没有给我们留下什么印象，直到工作中，返现反馈并联电阻选型不合理，就得不到理想的三角波，会发现输出三角波底部失真的现象。 出现这个现象，就要从运放的内部结构入手，运放是由输入级，中间级和输出级组成的。即使运放的两个输入级都接GND，也会由电流流入或者流出运放的输入级-差分输入对。电流的方向是流入还是流出主要是看输入级的结构，是NPN型还是PNP型。这种电流在运放的规格书就是输入偏置电流。 既然存在输入偏置电流，那么将运放组成积分放大电路，就会发现当没有输入信号接入的时候，输入偏置电流就会不断流入反馈电容，而反馈电容又没有放电的通路。尽管输入偏置电流都比较小，可能只有nA级别，但随着充电时间的增加，迟早会将反馈电容的电压充电到电源电压，造成输出电压等于电源电压，输出饱和了从而维持不变。 也可以换一个角度分析，同相端输入信号是方波，在导通周期近似认为直流电压。直流信号的频率是0Hz，那么对于电容而言，容抗Zc就是无穷大，此时将积分器电路看做一个同相放大电路，放大倍数是1+Zc/R, 所以放大倍数就是无穷大，此时无论输入信号幅值多么小，输出都会饱和。即使此时没有输入信号，但是存在输入失调电压Vos，也会造成输出饱和。这中分析方法正好和教科书中提到的，防止低频信号增益过大一个意思。 上文通过两个方面讨论输出电压保护，知道了原因，就好对症下药。电容是一直充电，为了不让电容电压一致上升，那么加一个放电电阻就够了。所以在反馈电路两端并联一个电容就可以。低频增益过大,那么再加一个反馈电阻Rf，反馈电阻Rf和电容容抗Zc并联，就固定了低频信号时候的增益1+Rf/R。分析下来，都是再电容两端并联一个电阻可以解决问题，那就需要知道，反馈并联电阻阻值如何选取。 无论反馈电阻阻值如何选取，要保证积分器的特性不变，并联了反馈电阻Rf后，Rf和Cf组成低通滤波器，那么就会对输入信号有影响。此时电路就有两个特征频率，有f1=1/2*pi(R1*Cf), 以及f0==1/2*pi(Rf*Cf)，只有当f1>100f0的时候，也就是输入信号的频率远大于Rf和Cf组成低通滤波器组成的截止频率，积分器特性才会不受到f0的影响。输出才是理想的积分器特性。在这个指导原则下，假如输入信号f1=100KHz，输出R1和Cf按照设计需求定好后，也就是积分器需要在特定频率需要多大的增益，比如100Hz下，积分器的输出增益是6.02dB，就可以计算出Rf需要的最小值。 剩下的就是根据计算低频情况下，最大输出失调电压。电路设计中，都需要定义0输入情况下，最大的输出失调电压。此时Vos_out= (Ibas*R1//Rf+Vos)*(1+Rf/R1) 这个公式的意思是，0输入的情况下，要考虑输入失调电压和输入偏置电流的作用下，在同相放大倍数Ac=(1+Rf/R1)作用下，就会在有输出失调电压的产生。由此就可以计算处Rf的最大值，所以反馈并联电阻的选取有一个范围，都是根据设计要求，和选择的运放参数而决定的，绝不是凭所谓的经验值而决定的。
| 
楼主
标题置顶
标题高亮
;){kind=link}
这个很细分的一个话题。