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科普知識
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運算放大器

千萬別讓你的放大器超速

發布日期:2022-04-17 點擊率:95

  我的放大器進行通道多路復用時工作異常。可原因究竟是什么呢?

  有些人(尤其是工程師)聲稱,質疑爭辯是否超速的一種方法就是要求提供雷達裝置的校驗證書。 他們認為,如果校驗證書過期,司機就不該被罰款。無論這是否真的適合所有人(儀器可能近期已經校準過),避開超速罰單最安全的方法仍是不要超過限速。但是如果你沒有意識到自己速度太快該怎么辦呢?  這種理由通常都不管用。  

  同樣的事情也發生在放大器上。 在一些應用中,工程師可能忘記了放大器輸入與具有超快速瞬變的設備相連。例如,由圖1所示的電壓跟隨器(或儀器儀表放大器)對多路復用器進行緩沖。輸入信號是靜態的,并且由RC網絡進行濾波,從而降低了噪聲帶寬或RF干擾。放大器必須足夠快以便在轉換之間建立,所以選擇時必須考慮壓擺率和帶寬。然而,在實驗室中,結果卻并不如預期: 放大器輸出移動緩慢,并且波形不正常,有建立長尾現象。建立時間遠不及規格。問題可能在哪里?

  你的放大器千萬別被抓到超速

  許多事情可能出錯,但根本問題是通道轉換時放大器輸入過載。如果輸出的移動速度不及輸入(或者至少在輸入移動前其沒有移動),那么兩個輸入間會出現較大的差分電壓。  這種狀況可能使輸入晶體管飽和、增加輸入偏置電流、正偏內部保護二極管,或者造成其它意想不到的影響。  這種通道切換的實際反應取決于輸入拓撲結構、工藝技術和內部保護電路,并且還取決于瞬變速度和相鄰通道間的電壓差異。  除了放大器對過載狀況有所反應外,增加的輸入偏置電流(即使它僅在多路復用器和運算放大器間的寄生電容中流動)還會對多路復用器輸入端的電容充電或放電。這種干擾改變了原電平,只能通過連接在干擾源與電容之間的電阻來恢復。如果濾波器的時間常數很大,那么放大器的輸出端就會出現較長的建立長尾現象。

  根據問題的來源,可以做幾件事來補救解決。在這種情況下,低成本解決方案就是在與快速源(多路復用器)相連的各輸入端添加串聯電阻。  這有助于在瞬變過程中通過增加源的阻抗來避免使輸入飽和。  在DAC輸出中,或者如果放大器用于調理來自微處理器或FPGA的方波,則簡單的RC有助于降低邊沿速度,從而使放大器正常運行。  具體情況需要具體分析以確定最佳解決方案,但是請關注瞬變條件。并且記住,遠離麻煩的最好方法就是減速!

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