这十个运放的坑把电子工程师“坑惨了” - 电子设计工程杂志社投稿

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这十个运放的坑把电子工程师“坑惨了”

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运放十坑之轨到轨

运放输出电压到不了电源轨的这种明坑踩了后，我选择了轨到轨的运放，哈哈，这样运放终于可以输出到电源轨了。高兴的背后是一个隐蔽大坑等着我:

看看我常用的某公司对轨到轨运放产品的介绍:“高速(>50MHz))轨到轨运算放大器支持以更低的电源电压、更接近供电轨的摆幅和更宽的动态范围工作。”看到没有:

“以更低的电源电压、更接近供电轨的摆幅和更宽的动态范围工作。”

“更接近供电轨的摆幅”

“更接近”

“接近”

看一个轨到轨运放的手册:

对于，正向输入端来说，Ib+带来偏置电压几乎等于0，而对于反向输入端来说，Ib-带来的偏置电压等于350mV(计算时，假设Vout接地，相当于R1//R2)。因此，需要的是在正向输入端增加一个电阻，来补偿反向输入端带来的误差。

正如前文所述，正反相输入偏置电流不尽相同，补偿只能减小失调电压，而正反相输入偏置电流差也称为失调电流。在进行高精度或小信号采样时，可以选用低失调电流运放，因为加入补偿电阻，也代入了一个新的噪声源，要慎重加入。

偏置电流是运放的主要误差之一，在之后的坑中，还会介绍一些影响后级的误差源。

运放十坑之快速下降的PSRR

当我是个菜鸟工程师的时候，做运放设计从来不考虑PSRR，当听说过PSRR之后，每次选运放都会在成本控制基础上选择一个有较高PSRR的运放。

比如这款运放PSRR达到了160dB:

根据计算公式:

即使电源电压在4.5V-5.5V区间内发生变化，电源对运放输出的影响只有10nV。

很可惜，这个指标是指电源电压的直流变化，而不包括电源电压交流的变化(如纹波)，在交流情况下，这个指标会发生非常大的恶化。Spec.里面提到的只是直流变化，交流变化在后面图示里面，一般情况下，非资深工程师对待图示都是滑滑地翻过去。

如果运放电路使用了开关电源，又没有把去耦、滤波做得很好的话，后级输入精度会受到极大的影响。来看，同一款运放的交流PSRR。

对于500kHz开关频率的纹波，PSRR+恶化到只有50dB，假设纹波大小为100mV，那么对于后级的影响恶化会达到0.3mV。对于很多小信号采集的应用来说，这个误差是不可接受的。因此，有些应用场景甚至会在运放电源入口做一个低通滤波(请注意电阻功耗和电阻热噪声)。

运放十坑之乱加的补偿电容

以前有个“老工程师”对我说，反馈电路加个电容，电路就不会震荡。一看到“震荡”这么高大上的词语，我当场就懵逼了，以后所有的电路都并一个小电容，这样才professional。

直到一天，我要放大一个100kHz(运气很好，频率还没有太高，不然电压反馈运放都没法玩)的信号，也是按照经验并上一个电容，然后,信号再也没有正常。因为，并上了这个电容反馈阻抗对于100kHz的信号变成了只有不到200Ω，导致放大系数变化。

然，这还不是关键，问题在于:真的需要一个补偿电容吗?

首先，运放内部存在一个极点(把它想成就是RC低通造成的)，它会造成相位的改变，最大到-90°:

如果再增加一个极点呢，它又会再次对相位进行改变，最大还可以增加到90°:

这时，我们并上一个电容，相当于人为引入一个零点，把拉下去的相位，拉上来，但是，这个分布电容一般很小，使得它环路增益Aβ等于1的位置非常远，在这么远的频点上，运放早就不能正常工作了。而看手册这个运放自身在100k的时候，相位余量相当的高，超过了90°，完全不需要增加额外的补偿电容。

因此，对于具体情况，要具体分析，不能被“老工程师”带着跑了。

运放十坑之被冤枉的共模输入范围

以前遇到过一个问题，前级运放放大后，再由运放跟随进ADC，进ADC的信号是0.3V-1.5V。感觉是个很简单的电路，但是后面实测这颗工作电压为单电源5V的运放，有部分板卡在输出1.5V左右的时候，它的输出值并没有完全跟随到输入值，而低于比1.5V的信号，跟随都没问题，但是一旦接近就不对。

文章来源：《电子设计工程》网址: http://www.dzsjgc.cn/zonghexinwen/2020/0715/395.html