关于运算放大器及零漂处理

运算放大器核心是一个差动放大器。

就是两个三极管背靠背连着。共同分担一个横流源的电流。三极管一个是运放的正向输入，一个是反向输入。正向输入的三极管放大后送到一个功率放大电路放大输出。

这样，如果正向输入端的电压升高，那么输出自然也变大了。如果反相输入端电压升高，因为反相三级管和正向三级管共同分担了一个恒流源。反向三级管电流大了，那正向的就要小，所以输出就会降低。因此叫反向输入。

当然，电路内部还有很多其它的功能部件，但核心就是这样的。

数字电路即为TTL或C-MOS逻辑电路，而谈到模拟电路，首先就应想到运算放大器。但是，这里讲的运算放大器是怎样一个器件呢?
简而言之，运算放大器是具有两个输入端，一个输出端，以极大的放大率将两输入端之间的电压放大之后，传递到输出端的一种放大器。
 
如果以电路符号来表示运算放大器，则如右图，可表示为三角形。它的两个输入部分分别叫做非倒相输入(1N＋)和倒相输入(IN－)。它以极大的放大率将倒相输入端与非倒相输人端之间的电压放大，然后从输出端(OUT)输出。   
 

在一个封装之中，放入一个运算放大器电路的称为单(Single)运算放大器，放入两个运算放大器电路称为双(Dual)运算放大器，放入四个运算放大器电路，称为四(Quad)运算放大器。使用四运算放大器的电路，比使用单、双运算放大器组装的电路板，面积可变得更小。在几乎所有的封装中，若为单运算放大器，则使用管壳型封装或8引脚双列式封装；若为双运算放大器，则使用8引脚双列式封装；若为四运算放大器，则使用14引脚双列式封装。并且，在一般情况下，引脚的排列一般是通用的，尽管也有例外，对业余爱好者使用的运算放大器来讲，可能只会使用以上几种封装方式。因此，弄清这种引线的分布方式，将非常方便。

运算放大器在电路中发挥重要的作用，其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域，并将在支持未来技术方面扮演重要角色。在运算放大器的实际应用中，设计工程师经常遇到诸如选型、供电电路设计、偏置电路设计、PCB 设计等方面的问题。在电子工程专辑网站举行的《运算放大器应用设计》专题讨论中，圣邦微电子有限公司总裁张世龙先生应邀回答与工程师进行互动。我们也基于此专题讨论，总结出了运算放大器应用设计的几个技巧，以飨读者。

一、如何实现微弱信号放大?

传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大?张世龙指出，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。他表示，需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的 SPDT 模拟开关。

另有工程师朋友建议，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充，如网友“1sword”建议：

电路设计时注意平衡的处理，尽量平衡，对于抑制干扰有效，这些在美国国家半导体、BB(已被 TI收购)、ADI 等公司关于运放的设计手册中均可以查到。

推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。

对于传感器输出的 nA 级，选择输入电流 pA 级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。

若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M 欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行 2 级放大，中间加入简单的高通电路，抑制 50Hz干扰。

二、运算放大器的偏置设置

在双电源运放在接成单电源电路时，工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择，比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好?有的网友建议用参考电压源，理由是精度高，此外还能提供较低的交流旁路，有的网友建议用电阻，理由是成本低而且方便，对此，张世龙没有特别指出用何种方式，只是强调双电源运放改成单电源电路时，如果采用基准电压的话，效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高，PSRR 比较低。

三、 如何解决运算放大器的零漂问题?

有网友指出，一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如何解决这个问题?

对此，网友“Frank”分析道，有几种可能性会导致零漂：

反馈电容 ESR 特性不好，随电荷量的变化而变化;

反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈电容两端并上电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点;

可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。

网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析，认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑!

而嘉宾张世龙则建议，对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决：

采用开关电容电路的技巧，使用 CDS采样方式可以有效消除 offset 电压;

采用同步检测电路结构，可以有效消除 offset 电压。

名词解释：

* 什么是运算放大器?

运算放大器(简称“运放”)是调节和放大模拟信号的器件，多用于做模拟运算的放大器, 主要的特点是差分输入/单端输出/直流耦合/输入输出工作点都在 0V等特点, 除了功率运放外一般不要求输出大的功率.。常见的应用包括数字示波器和自动测试装置、视频和图像计算机板卡、医疗仪器、电视广播设备、航行器用显示器和航空运输控制系统、汽车传感器、计算机工作站和无线基站等。

什么是死区，零偏，零漂，回滞?

死区：指输入信号变化而输出信号没有相应变化的范围;

零偏：系统非“0”工作状态、固定1个“静态”输出的“偏置”;

零漂：因系统稳定性差，输出“零点”随机偏离原点的变化;

回滞：输入信号正反向变化到同一值，输出是2个不同值，这种特性叫“回滞”

(不知道你问的是哪个专业，不好举例说明)

死区是二极管或三极管输入电压未达到一定值时,输出无信号,这个值是死区电压

零偏是放大器基极电压为零,也叫零偏置

零漂是放大器输入为零时输出不为零,也叫零点漂移

回滞好象没有这个概念,问一下其它专家吧