運算放大器常見(jiàn)問(wèn)題解答

1、雙電源供電的放大器能否用于單電源配置？

Q：我在PLL設計中使用+12/-5V電源運行此元件（AD8610）?，F在我發(fā)現使用+12和0V也運行得很好（不管規格是什么）。不知我這樣使用此元件會(huì )遇到哪些問(wèn)題？（規格為zui小+5/-5V）

A：運算放大器沒(méi)有接地端子?？梢杂蓪ΨQ(chēng)或不對稱(chēng)雙電源供電，也可由單電源供電。

就電源工作范圍而言，+12/-5V的供電電壓類(lèi)似于+17/0V或+8.5/-8.5V。因此，+12/-5V供電在A(yíng)D8610的工作電壓范圍內。AD8610是JFET輸入運算放大器，這意味著(zhù)它不是軌到軌輸入。由于輸出也不是軌到軌，因此請密切留意數據手冊（網(wǎng)址：）“電氣規格”部分中，表2(Vs=+/-13V)的輸入和輸出電壓范圍規格。

請記住，輸入電壓范圍和輸出電壓范圍的規格作為絕 對電壓列出，但對于+12/-5V的供電而言，需要類(lèi)比+/-13V供電，保留電軌余量（2.25至2.5V）。

此外，參考電平會(huì )從地電壓移動(dòng)到供電電壓范圍的中心。因此，對于+12V/-5V的供電電壓，參考電平上升到+3.5V，而對稱(chēng)雙電源（如+/-5V或+/-13V）為0V。

2、如何防止過(guò)壓？

Q：對于如AD8646這樣的運算放大器，如何防止過(guò)壓？

A：通常，建議您在任何可能超過(guò)絕 對zui大額定值的輸入端添加外部肖特基二極管和限流電阻。請注意，二極管需要安裝在A(yíng)D8646的附近。理想情況下，您的系統應設計為確保AD8646在施加任何模擬或數字信號之前能充分上電。下面概括了一些關(guān)于過(guò)壓的一般注意事項。

任何其他半導體IC都有基本的ESD保護二極管，用來(lái)保護器件免遭運輸和生產(chǎn)過(guò)程中可能造成的ESD損害。如果輸入隨時(shí)可能超過(guò)電源，設計人員應提供外部保護電路。

這些ESD二極管可保護IC免受高達約1.5kV的ESD影響。這些ESD保護二極管的作用是將任何引腳上的電壓箝位在與電源電壓相差0.5V的范圍內。（所以問(wèn)題解決了，對吧？不完全是。）ESD保護二極管雖然能承載相當高的電流，但只能維持很短的時(shí)間，因此可以保護IC免受持續時(shí)間較短的大脈沖影響（總能量仍然相當低）。這些保護二極管能承受的zui大直流電流為10mA。因此，除非您可以保證流入引腳的電流小于10mA，否則就需要某種外部保護。外部保護可以是在輸入引腳上串聯(lián)限流電阻這樣的簡(jiǎn)單設計。例如，如果施加到引腳上的zui大過(guò)壓為5V，則在每條線(xiàn)路上串聯(lián)一個(gè)500Ω電阻即可將電流限制在10mA以?xún)?。此串?lián)電阻設置得越高越好。

然而，IO線(xiàn)路中的高串聯(lián)電阻可能導致其他問(wèn)題，例如延長(cháng)高速信號的上升和下降時(shí)間。如果在防止更高過(guò)壓的同時(shí)又不想再增加串聯(lián)電阻，該怎么做呢？可以在每個(gè)輸入端和供電之間添加外部肖特基二極管來(lái)做到這一點(diǎn)。肖特基二極管會(huì )將施加的電壓箝位在電源的~0.3V范圍內，因此大部分電流將通過(guò)外部二極管（可承載更高電流）分流，而不通過(guò)內部ESD保護二極管。其他保護技術(shù)包括使用火花隙、接地大電容、小扼流圈電感等。防止過(guò)壓和ESD的zui佳結構之一是一個(gè)小串聯(lián)電阻，后面是連接到電源的肖特基二極管，再后面是另一個(gè)小串聯(lián)電阻。

可見(jiàn)，設計合適的保護電路并不是一件容易的事情。您需要決定所需的保護程度、系統可承受的受損程度、所允許的電路板空間和元件成本，以及需要達到的測試水平。

3、如何解釋放大器的負載電流規格？

Q：我的問(wèn)題是關(guān)于放大器的負載電流。

這個(gè)值的確切含義是什么？在數據手冊中，有時(shí)給出的是+-10mA，有時(shí)又只寫(xiě)成10mA。

此負載電流是指放大器可以提供的zui大輸出電流嗎？比如說(shuō)，我的放大器在輸出端為+-4Vp。如果數據手冊中給出+-10mA負載電流，是不是就是說(shuō)只能在4V/10mA=400 Ω的zui小負載時(shí)使用？我說(shuō)的對嗎？

A：放大器通常具有短路保護，可限制流出輸出端的電流。通常在短路情況下會(huì )觸發(fā)這種保護，以防止損壞放大器。但是，這并非是嚴格控制的參數，且未經(jīng)生產(chǎn)測試。它隨溫度變化而變化，有時(shí)也因低電壓供電軌而異，放大器甚至可能由于低供電電壓的內部限制，而無(wú)法提供這種電流電平。不管規格中是否有+/-，都是一樣的。但是，這并不意味著(zhù)兩個(gè)極性的實(shí)際限值會(huì )一樣。沒(méi)有一個(gè)輸出級是完全對稱(chēng)的，但是由于它不是一個(gè)精 確的數字，因此沒(méi)有那么重要。

您指出放大器的zui小負載將根據您的計算給出，這點(diǎn)是正確的，但只能將其作為指導。對zui小負載保持合理的余量是比較好的做法（出于上述所有原因）。此外，不要忘記，如果您使用的是帶反饋的運算放大器（如同相放大器），則反饋電阻也是負載的一部分。還要謹記，在負載更重時(shí)，放大器會(huì )產(chǎn)生更大的功耗，從而提高芯片溫度。在您舉的例子中，4V輸出端為10mA是指，如果您使用15V為放大器供電，則放大器會(huì )額外消耗11V*10mA=110mW，這會(huì )使溫度（如果是SOIC）上升約15℃。這不是大問(wèn)題，但會(huì )限制放大器的工作溫度范圍，并且也可能增加與輸入有關(guān)的偏置。然而，有些放大器可能具有更大的電流驅動(dòng)能力，因此，如果加載至限值，功耗會(huì )大得多。

4、使用高阻抗源時(shí)的噪聲考慮因素是什么？

Q：使用具有高阻抗源的ADA4661-2/ADA4666-2時(shí)的噪聲考慮因素是什么？

A：ADA4661-2/ADA4666-2在10KHz時(shí)具有14nV/√Hz的低電壓噪聲密度。在放大器輸入端放置一個(gè)熱噪聲為12.6nV/√Hz的10K?電阻，會(huì )使折合到輸入端的總噪聲增加到18.9nV/rtHz。使用較低的源電阻時(shí)，放大器電壓噪聲將占主導地位。電阻熱噪聲隨著(zhù)源電阻的提高而增加。當源電阻進(jìn)一步提高時(shí)(>1M?)，電流噪聲會(huì )占總噪聲的大部分。

5、哪種電阻值可用于低噪聲應用？

Q：放大器ADA4528-x周?chē)鷳褂媚男╇娮柚担?/span>

A：ADA4528-x的低電壓噪聲密度為5.6nV/√Hz。在放大器輸入端放置一個(gè)熱噪聲為4nV/√Hz的1K?電阻，會(huì )使折合到輸入端的總噪聲增加到6.9nV/√Hz。請務(wù)必在低噪聲放大器周?chē)褂玫椭惦娮?。使用低源電阻，放大器電壓噪聲將占主導地位。電阻熱噪聲隨著(zhù)源電阻的提高而增加。當源電阻進(jìn)一步提高時(shí)(>100K?)，放大器電流噪聲會(huì )成為總輸入噪聲的主要因素。

Q：放大器ADA4500周?chē)鷳褂媚男╇娮柚担?/span>

A：ADA4500的低電壓噪聲密度為14.5nV/√Hz。在放大器輸入端放置一個(gè)熱噪聲為4nV/√Hz的1K?電阻，會(huì )使折合到輸入端的總噪聲增加到15nV/√Hz。在輸入端放置4k?電阻會(huì )將總噪聲增加到21.6nV/√Hz。請務(wù)必在低噪聲放大器周?chē)褂玫椭惦娮琛?

6、單電源使用時(shí)的輸出擺幅

Q：如果在A(yíng)D817運算放大器上使用+5V和0V的供電軌，輸出擺幅是否會(huì )下降到0V？

A：供電軌的輸出余量要求 是距離供電軌zui大電壓為1.8V，因此使用0V作為VE電軌可能僅允許您擺動(dòng)到1.8V。擺幅要下降到零，需要+/-5V雙電源。

7、放大器的容性負載驅動(dòng)

Q：規格表指出，ADA4807-2的容性負載驅動(dòng)為15pF。ADA4807-2能否驅動(dòng)更大的電容負載？這種大的容性負載是否會(huì )使放大器不穩定？

A：ADA4807-2可以驅動(dòng)更大的電容負載。容性負載會(huì )對放大器的傳輸函數增加一個(gè)額外極點(diǎn)，這在很多情況下可能會(huì )影響穩定性。在這種情況下保持穩定性的常見(jiàn)方法是在放大器輸出和容性負載之間添加一個(gè)串聯(lián)電阻。對于大電容來(lái)說(shuō)要提供一個(gè)串聯(lián)小電阻，例如如果使用10uF電容，由于該電容比較大，所以有該電容的PCB走線(xiàn)電阻和ESR需要足夠的串聯(lián)電阻來(lái)保持放大器的穩定。