芝識課堂——運算放大器（二），在使用之前有哪些注意事項？

上篇我們了解了運算放大器的基本定義和內部工作原理。在本篇中，為了把運算放大器用好，建議我們在使用之前，先弄清一些重要的產(chǎn)品性質(zhì)和注意事項。

運算放大器具有高增益能力，其增益取決于頻率（如圖1），并受溫度和其它環(huán)境條件的影響。在實(shí)際市場(chǎng)應用場(chǎng)景中，東芝能夠提供品種廣泛的運算放大器，包括適用于放大物聯(lián)網(wǎng)設備中各種傳感器的小信號的低噪聲運算放大器，有助于物聯(lián)網(wǎng)設備長(cháng)期運行的超低電流消耗運算放大器，和I／O全系列（I／O軌對軌）運算放大器等。

圖1：運算放大器的頻率特性

運算放大器通常與負反饋聯(lián)用
在運算放大器電路中的反饋環(huán)有兩種類(lèi)型：正反饋和負反饋。正反饋是進(jìn)一步增加輸出端細微變化影響的一個(gè)過(guò)程；負反饋是試圖使結果保持不變的一個(gè)過(guò)程，具備更好的增益穩定性。

圖2：帶反饋的放大電路

圖2顯示了一個(gè)帶反饋的放大器電路。盡管運算放大器的開(kāi)環(huán)增益非常高，但由于開(kāi)環(huán)增益仍取決于頻率，故難以使用此開(kāi)環(huán)增益。負反饋導致其增益大幅下降，但是另一方面，負反饋增加了使增益曲線(xiàn)保持平緩的頻帶寬度，并減小了輸出阻抗。此外，負反饋為創(chuàng )建易于操作的放大器創(chuàng )造了條件，因為它可以補償增益變化。因此綜合來(lái)看，運算放大器通常適合與負反饋一起使用。
運算放大器的開(kāi)環(huán)增益和閉環(huán)增益
運算放大器的開(kāi)環(huán)增益（GV）頻率特性與一階RC低通濾波器的頻率特性相同。在高于轉角頻率（即fC；在此頻率下，開(kāi)環(huán)增益比直流增益低3 dB）的頻率下，開(kāi)環(huán)增益以每倍頻程6 dB（每十倍為20 dB）的速率下降。在此頻率范圍內，當頻率加倍時(shí)，運算放大器的分貝開(kāi)環(huán)增益（GV）會(huì )減小6 dB（即線(xiàn)性開(kāi)環(huán)增益（AV）減半）。

圖3：帶反饋的放大器電路

在圖3中，輸入端（Vin）與輸出端（Vout）所具有的關(guān)系，稱(chēng)之為閉環(huán)增益（用dB標度表示為GCL，用線(xiàn)性標度表示為ACL）。20log規則用于將線(xiàn)性電壓增益轉換為分貝電壓增益：G＝20×log A。
Vout／Vin＝ACL＝AV／（1＋AV×B）
　　　　　　  ＝1／{B（1 + 1／AV×B）}
其中，AV表示放大器的開(kāi)環(huán)增益，B表示反饋系數。（AV×B）稱(chēng)為環(huán)路增益。分母（1＋AV×B）稱(chēng)為反饋量。在負反饋情況下，AV×B＜0。運算放大器的AV非常高。故|AV×B|>>1。因此，反饋量的計算公式為（1＋AV×B）≈AV×B（環(huán)路增益）。故可將上述等式簡(jiǎn)化為以下等式：Vout／Vin＝ACL＝1／B
圖4顯示了這種關(guān)系。運算放大器的帶寬為fC。通過(guò)負反饋，其閉環(huán)帶寬擴展至fCL。根據下列增益帶寬積公式計算出fCL：fCL＝fT／ACL

圖4：增益與頻率的關(guān)系

值得注意的是，當閉環(huán)增益（GCL）或帶寬（fCL）不足時(shí)，要選擇fT較高的運算放大器，以滿(mǎn)足設計所需。
注意反饋電路的振蕩
當運算放大器用作放大器時(shí)，其被配置為負反饋，這里需注意反饋電路的振蕩（圖5）。作為振蕩來(lái)源的信號或噪聲，在某些條件下就有可能發(fā)展為振蕩。

圖5：反饋電路產(chǎn)生的振蕩

當我們考慮的是適用于由運算放大器驅動(dòng)電容性負載的應用場(chǎng)景時(shí)，如果電容性負載導致的截止頻率在環(huán)路增益大于1的范圍內，則會(huì )發(fā)生振蕩。為防止振蕩，需在電容器上串聯(lián)一個(gè)電阻器。即使運算放大器未連接負載，仍應注意導線(xiàn)或其它電容。盡量縮短從運算放大器輸出端至后續器件的導線(xiàn)長(cháng)度以及反饋回路的導線(xiàn)長(cháng)度。
本篇全面分享了運算放大器的一些需要重點(diǎn)注意的方面，下一篇我們將為大家介紹運算放大器的各種具體使用方式。