一個(gè)詭異現象的背后——放大器不能忽視的直流通路

　　當表筆接觸覆銅板的時(shí)候，一切正常?？墒钱敱砉P抬起來(lái)的時(shí)候，儀表放大器的輸出端卻輸出一個(gè)詭異方波信號!并且當人的手靠近電路的時(shí)候，方波的幅值會(huì )發(fā)生變化。

　　暑假電賽培訓的時(shí)候做過(guò)一道13年的國賽真題——手寫(xiě)繪圖板。這是題目連接：http://wenku.baidu.com/link?url=QfH4Bz5dOJ9X_cO-25IVbCiPJdvfkUIGazV_-mQVP2uKStj6FfuiJcxiqaaZwkiAp_H24ixY1kHXLpI0NsqE65f5RID-gj7AnrAxAVCUCh_

　　當時(shí)我們組的方案是給覆銅板通上較大的電流，然后將儀表放大器的一個(gè)輸入端連接手寫(xiě)筆另一端連接覆銅板上的坐標原點(diǎn)，測量接觸點(diǎn)與坐標原點(diǎn)之間的電壓差?？墒亲龅倪^(guò)程中卻發(fā)現了一個(gè)詭異的現象。。。

　　當表筆接觸覆銅板的時(shí)候，一切正常?？墒钱敱砉P抬起來(lái)的時(shí)候，儀表放大器的輸出端卻輸出一個(gè)詭異方波信號!并且當人的手靠近電路(對，只是靠近，連碰都沒(méi)碰到)的時(shí)候，方波的幅值會(huì )發(fā)生變化。。。令人百思不得其解。

　　苦思冥想一上午沒(méi)有結果，當天下午突然靈機一動(dòng)，想到一個(gè)嚴重的問(wèn)題——表筆抬起來(lái)的時(shí)候，儀放的一個(gè)輸入端就變成懸空的，沒(méi)有了直流通路!

　　下面是儀表放大器的結構圖

　　可見(jiàn)儀放的輸入端是其中運放的同相端。雖然教科書(shū)上說(shuō)運放是虛短虛斷，輸入端沒(méi)有電流。但那是理想的運放，實(shí)際運放的輸入端總會(huì )有電流，運放的輸入偏置電流(Ib)就是描述這個(gè)電流的一個(gè)參數。在放大器的使用中一定要注意為這個(gè)電流提供低阻抗到地的路徑。因為該電流變化非常的緩慢，可以視為直流，故這個(gè)路徑也被稱(chēng)為輸入端的直流通路。

　　如下面幾個(gè)圖

　　左圖中由于電容的隔直作用，輸入偏置電流沒(méi)有到地的低阻抗通路，放大器不能正常工作。(若這個(gè)電容用的是鋁電解電容，有可能正常工作，因為鋁電解電容的漏電流比較大，輸入偏置電流可以以漏電流的形式通過(guò)電容，然后經(jīng)過(guò)信號源到地)，正確的接法是右圖，并聯(lián)一個(gè)電阻到地，提供直流通路。此電阻的大小依情況而定，若Ib很小在pA級別，此電阻可以適當選大，兆歐級別是可以的。若Ib較大，如幾百u(mài)A，則此電阻應適當選小，否則Ib流經(jīng)此電阻產(chǎn)生的電壓會(huì )作為輸入電壓的一部分使輸出電壓有較大的直流偏置。

　　常見(jiàn)的幾種懸空情況有：隔直電容、變壓器等，判斷是否發(fā)生了輸入端懸空的依據就是看Ib是否有到地的低阻抗路徑。

　　注：前面說(shuō)的“到地”不一定是直接并聯(lián)一個(gè)電阻到電路的地網(wǎng)絡(luò )，也可以是通過(guò)電阻連接到電源或放大器的輸出端。只要細想一下就能明白，放大器是輸出阻抗很小，電源的內阻也很小，輸入端通過(guò)電阻連接到了這些地方就相當于又通過(guò)他們很小的內阻連到地上。

　　想到了這里，馬上把儀放的懸空輸入端通過(guò)一個(gè)20K的電阻連到電源上，然后詭異的現象就消失了。

　　想到通過(guò)自己的思考和學(xué)習解決了問(wèn)題，心中滿(mǎn)滿(mǎn)的喜悅。