放大器電路常見問題

最常遇到的一個應用問題是在交流（AC）耦合運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，一只電容器與運算放大器的同相輸入端串聯(lián)以實現(xiàn)AC耦合，這是一種隔離輸入電壓（VIN）的DC分量的簡單方法。這在高增益應用中尤其有用，在那些應用中哪怕運算放大器輸入端很小的直流電壓都會限制動態(tài)范圍，甚至導致輸出飽和。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，會出現(xiàn)問題。

實際上，輸入偏置電流會流入耦合的電容器，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到極限。根據(jù)輸入偏置電流的極性，電容器會充電到電源的正電壓或負電壓。放大器的閉環(huán)DC增益放大偏置電壓。

這個過程可能會需要很長時間。例如，一只場效應管（FET）輸入放大器，當1pA的偏置電流與一個0.1μF電容器耦合時，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，一般實驗室測試（使用AC耦合示波器）無法檢測到這個問題，而電路在數(shù)小時之后才會出現(xiàn)問題。顯然，完全避免這個問題非常重要。

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對地回路。為了使輸入偏置電流造成的失調(diào)電壓最小，當使用雙極性運算放大器時，應該使其兩個輸入端的偏置電流相等，所以通常應將R1的電阻值設置成等于R2和R3的并聯(lián)阻值。

然而，應該注意的是，該電阻器R1總會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，該問題就會出現(xiàn)。