测控电路设计中运算放大器的若干误用

测控电路设计中运算放大器的若干误用

史晓松

（中国航发动控所214063）

摘要：运算放大器是测控电路中十分重要的组成器件，在测控电路中有着非常广泛的应用。近年来，各种新兴技术对测控电路带来了巨大的挑战，因此对运算放大器的应用设计也提出了更高的要求。如果在测控电路的实际设计过程中没有正确的设计运算放大器，则很有可能严重影响整个测控电路的性能，甚至使得电路无法正常工作。鉴于此，本文将对我国现阶段测控电路设计中运算放大器的几种误用进行分析，并且相应的提出应对方法，以期为日后相关单位提高运算放大器在测控电路中的应用水平提供一些建议和理论参考。

关键词：测控电路；设计；运算放大器；误用；对策

引言

近年来，随着科学技术的不断进步，运算放大器的种类也越来越多，性能也逐渐增强。作为一种常用的器件，运算放大器在测控电路中的应用越来越广泛。测控电路对于运算放大器的要求要超过其他应用，因此对运算放大器的应用设计提出了更为严格的要求。现阶段由于对运算放大器的应用还不是很熟练，很容易使运算放大器的应用设计出现错误，这些错误将会严重影响测控电路的正常运行，甚至使电路无法工作。这些问题出现的原因比较复杂，往往很难从运算放大器的应用常识中解决。本文将对测控电路设计中几种比较常见的运算放大器误用进行深入的研究和分析，从而提出一些解决策略。

一、封装选择

在测控电路的设计过程中，不可避免地会遇到运算放大器的封装问题。一般来说，运算放大器的封装方式主要有三种：一个封装中封装一个则称为单运放，一个封装中封装两个则称为双运放，一个封装中封装四个则称为四运放。无论是单运放、双运放还是四运放，其电源都是连接在一起的。双运放和四运放具有同相和反相两个输入端，而单运放在此基础上还具有调零端。在实际设计过程中，如果调零十分重要，则必须选用单运放。单运放有两点必须要注意，一是调零端有可能会变成另外的输入端，可引起巨大的误差；二是单运放的两个输入端距离较远，因此负反馈连线很长，加大了环路的面积，对于高速电路而言则成为了一个重要的问题。而双运放和四运放则不存在这样的问题，因此，在高速应用时，要尽可能的选用双运放以及四运放。除此之外，双运放和四运放的运放电路距离较近，如果对电路隔离的要求比较高的话，仍然需要选用单运放。

二、误作比较器

电压比较器也是测控电路中常用的器件，其外观与运算放大器有较高的相似性，而且电路图上的符号也比较相近。这样一来，一些粗心的设计者可能会错误的认为二者可以相互替换使用。最常见的问题就出现在双运放和四运放中，一些设计者将其中多余的运算放大器作为电压比较器，从而节省电路空间并且降低生产成本。将二者进行仔细比较可以发现，其输入级表面上相同，但是运算放大器的输出级比电压比较器的要稍微复杂一些。运算放大器的输出级主要为互补输出的形式，而电压比较器的输出级则为漏极开路输出形式或者是集电极形式。如果将运算放大器当作电压比较器使用，很有可能会无法正常工作，甚至会烧坏电路。因此，在同时需要二者时，可以选用将运算放大器和电压比较器封装在一起的芯片，如TLV2302、TLV2702、TLV2704、TLV2304等芯片。

三、多余运算放大器的处理

一般来说，有时选用双运放以及四运放时，很有可能会出现多余的运算放大器。如果没有对这些运算放大器进行正确的处理，则很有可能出现噪音过大、功耗过高以及过热等问题。如果没有对运算放大器进行端接，很容易引起电压的大幅度快速变化，从而形成较强的电磁干扰。如果将运算放大器的两端分别接地，容易使得输出级饱和，并且地电位差容易受外界影响使得输出电压在正、负电源电压之间变化。建议将运算放大器的同相输入端接到正、负电源的中间处，或者是接到分割电源系统的地上。

四、调零端引入的误差

单运放一般具有调零端，其电压一般较低，可以通过给其施加电压的方式来补偿运算放大器的失调的影响。当调零端的阻抗过低时，很容易成为运算放大器的其他输入端，而且运算放大器一般对调零端的信号变化十分敏感，使得调零端的电压增益比其他输入端更大。除此以外，当其他电路的电流回到电源时，其在电源导线上产生的压降成为了运算放大器的噪声，这种噪声有可能就会成为整个系统的主要噪音来源。为了解决这个问题，可以根据实际情况选择将调零电位器的滑动端接到运算放大器的V+或者V-引脚。

五、漏电流耦合干扰

高输入阻抗运算放大器是测控电路中比较常用的运算放大器之一。对于这种运算放大器，一旦周围存在比较高的电位，很有可能由于绝缘不良而出现漏电流，进而引起干扰。干扰电压一般比运算放大器的失调电压要大得多，甚至还远远高于运算放大器的输入信号，因为高阻抗的运算放大器一般用于放大较弱的信号。对于高输入阻抗运算放大器来说，即使是非常小的漏电流，也有可能会引发严重的不良后果。对于这个问题，可以采用屏蔽的方法来进行抑制。具体来讲就是用导体柱将运算放大器的输入端围住，从而构成屏蔽层，之后再将屏蔽层接到阻抗比较低的位置。

六、驱动容性负载

一般来说，测控电路的负载多数是容性的，这是由于存在负载电路以及负载电容本来就是容性的。如果容性负载太大，就很有可能会出现运算放大器过载的情况。除了大功率的运算放大器以外，一般的运算放大器只能提供15毫安左右的电流。比如说，在运算放大器的输入端接上一阶的RC滤波器，其转折频率为1/2πRC。由公式可以看出，适当调节R、C的值能够得到所需要的转折频率。然而在低噪声的设计过程中，由于热噪声均方根电压和电阻的平方根成正比，因此需要适当R小、C大的组合值。然而这很有可能会引起运算放大器的过载，引起更大的噪音。除此以外，容性负载还有可能引起振荡，这就需要进行合适的相位补偿。

七、结语

本文对测控电路设计中运算放大器的几种常见误用进行了深入的分析和研究，并且针对性地提出了改进措施。然而，影响运算放大器在测控电路中应用的影响因素有很多，除了要了解运算放大器的基本应用知识以外，还需要不断地积累经验，尽可能避免出现设计中的误用，争取不断提高运算放大器在测控电路中的应用水平。

参考文献

[1]周胜海,郭淑红.测控电路设计中运算放大器的若干误用[J].电子质量,2008(2):42-44.

[2]郝晓剑.测控电路设计与应用[M].电子工业出版社,2012.

[3]郑宏军,黎昕,杨少卿,等.几种典型运算放大器的应用技术[J].电子技术应用,1999,25(8):56-58.