放大器電路常見問題

最常遇到的一個(gè)應(yīng)用問題是在交流（AC）耦合運(yùn)算放大器或儀表放大器電路中沒有提供偏置電流的直流（DC）回路。在圖1中，一只電容器與運(yùn)算放大器的同相輸入端串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)AC耦合，這是一種隔離輸入電壓（VIN）的DC分量的簡單方法。這在高增益應(yīng)用中尤其有用，在那些應(yīng)用中哪怕運(yùn)算放大器輸入端很小的直流電壓都會(huì)限制動(dòng)態(tài)范圍，甚至導(dǎo)致輸出飽和。然而，在高阻抗輸入端加電容耦合，而不為同相輸入端的電流提供DC通路，會(huì)出現(xiàn)問題。

實(shí)際上，輸入偏置電流會(huì)流入耦合的電容器，并為它充電，直到超過放大器輸入電路的共模電壓的額定值或使輸出達(dá)到極限。根據(jù)輸入偏置電流的極性，電容器會(huì)充電到電源的正電壓或負(fù)電壓。放大器的閉環(huán)DC增益放大偏置電壓。

這個(gè)過程可能會(huì)需要很長時(shí)間。例如，一只場效應(yīng)管（FET）輸入放大器，當(dāng)1pA的偏置電流與一個(gè)0.1μF電容器耦合時(shí)，其充電速率I/C為10–12/10–7=10μV/s，或每分鐘600μV。如果增益為100，那么輸出漂移為每分鐘0.06V。因此，一般實(shí)驗(yàn)室測試（使用AC耦合示波器）無法檢測到這個(gè)問題，而電路在數(shù)小時(shí)之后才會(huì)出現(xiàn)問題。顯然，完全避免這個(gè)問題非常重要。

圖2示出了對這常見問題的一種簡單的解決方案。這里，在運(yùn)算放大器輸入端和地之間接一只電阻器，為輸入偏置電流提供一個(gè)對地回路。為了使輸入偏置電流造成的失調(diào)電壓最小，當(dāng)使用雙極性運(yùn)算放大器時(shí)，應(yīng)該使其兩個(gè)輸入端的偏置電流相等，所以通常應(yīng)將R1的電阻值設(shè)置成等于R2和R3的并聯(lián)阻值。

然而，應(yīng)該注意的是，該電阻器R1總會(huì)在電路中引入一些噪聲，因此要在電路輸入阻抗、輸入耦合電容器的尺寸和電阻器引起的Johnson噪聲之間進(jìn)行折衷。典型的電阻器阻值一般在100，000Ω~1MΩ之間。

類似的問題也會(huì)出現(xiàn)在儀表放大器電路中。圖3示出了使用兩只電容器進(jìn)行AC耦合的儀表放大器電路，沒有提供輸入偏置電流的返回路徑。這個(gè)問題在使用雙電源（圖3a）和單電源（圖3b）供電的儀表放大器電路中很常見。

這類問題也會(huì)出現(xiàn)在變壓器耦合放大器電路中，如圖4所示，如果變壓器次級電路中沒有提供DC對地回路，該問題就會(huì)出現(xiàn)。