差動(dòng)輸入鉗位對(duì)運(yùn)算放大器的影響

運(yùn)算放大器在兩個(gè)輸入端之間的電壓應(yīng)大約為零，那么，在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器電路中這些二極管絕不會(huì)正向偏置……又或者，它們會(huì)正向偏置？

稍微提醒一下，我們正在討論的是一些可能出現(xiàn)某些運(yùn)算放大器中的差動(dòng)鉗位二極管，請(qǐng)參見圖1。

圖1

通常在基本非反相放大器配置結(jié)構(gòu)（包括一種簡(jiǎn)單的 G=1 緩沖器放大器）中，可以看到運(yùn)算放大器電路的影響。

下面來看一下一個(gè)正向輸入步進(jìn)。輸出無法立即跟隨浪涌輸入電壓變化。如果輸入步進(jìn)大于 0.7V，則 D1 導(dǎo)電，從而影響非反相輸入。當(dāng)運(yùn)算放大器正轉(zhuǎn)向至其新的輸出電壓時(shí)，運(yùn)算放大器輸入端的電流會(huì)突然增加至某個(gè)更高的尖峰值，參見圖 2。最終，當(dāng)輸出“趕上”輸入時(shí)，一切又變好了。

圖2

許多應(yīng)用本身就是處理慢或者帶限信號(hào)的，其遠(yuǎn)低于運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率，因此肯定不會(huì)出現(xiàn)這種情況。

在其他一些應(yīng)用中，即使輸入電壓快速變化，輸入端電流瞬態(tài)也不會(huì)對(duì)電路運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。但在一些特殊情況下，輸入電流脈沖會(huì)導(dǎo)致許多問題。一種值得注意的情況是多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

圖3顯示了這種系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)化案例，其只有兩條輸入通道。

圖3

本例中，多路復(fù)用器在通道 1 和通道 2 之間切換，因此要求 U1 的輸出能夠快速地從 -5V 轉(zhuǎn)換至 +5V。D1 正向偏置和由此產(chǎn)生的輸入電流瞬態(tài)通過多路復(fù)用器開關(guān)，從而釋放 C2 的電壓。R/C 輸入濾波器通常用于在通道切換期間保持穩(wěn)定的電壓，但是電流脈沖部分對(duì) C2 放電?，F(xiàn)在，C2 需要更多時(shí)間來重新充電至正確的輸入電壓，從而降低了復(fù)用速率，也即降低了精確度。

解決方法是為 U1 選擇使用一種沒有差動(dòng)鉗位的運(yùn)算放大器。如 OPA140 等FET 輸入放大器，均擁有低輸入偏置電流（以便減少 MUX 串聯(lián)電阻的負(fù)擔(dān)），并且沒有差動(dòng)輸入鉗位，極為適合多路復(fù)用輸入。OPA827 在大多數(shù)應(yīng)用中都表現(xiàn)優(yōu)異—FET 輸入、非常低的噪聲、高速且穩(wěn)定快速。但是，它有一些差動(dòng)輸入鉗位，因此 OPA827 或許并非運(yùn)算放大器多路復(fù)用器的最佳選擇。

結(jié)語(yǔ)

我并不想讓讀者產(chǎn)生這樣的印象：差動(dòng)輸入鉗位運(yùn)算放大器有風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該避免使用，但事實(shí)并不是這樣的。少數(shù)情況下，它們會(huì)影響您的電路。但如果知道這一點(diǎn)，您就不會(huì)做出盲目的選擇。