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品性質和注意事項。

運算放大器具有高增益能力，其增益取決于頻率（如圖1），并受溫度和其它環境條件的影響。在實際市場應用場景中，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網設備中各種傳感器的小信號的低噪聲運算放大器，有助于物聯網設備長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用
在運算放大器電路中的反饋環有兩種類型：正反饋和負反饋。正反饋是進一步增加輸出端細微變化影響的一個過程；負反饋是試圖使結果保持不變的一個過程，具備更好的增益穩定性。

圖2：帶反饋的放大電路

圖2顯示了一個帶反饋的放大器電路。盡管運算放大器的開環增益非常高，但由于開環增益仍取決于頻率，故難以使用此開環增益。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保持平緩的頻帶寬度，并減小了輸出阻抗。此外，負反饋為創建易于操作的放大器創造了條件，因為它可以補償增益變化。因此綜合來看，運算放大器通常適合與負反饋一起使用。
運算放大器的開環增益和閉環增益
運算放大器的開環增益（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，開環增益比直流增益低3 dB）的頻率下，開環增益以每倍頻程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，運算放大器的分貝開環增益（GV）會減小6 dB（即線性開環增益（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）所具有的關系，稱之為閉環增益（用dB標度表示為GCL，用線性標度表示為ACL）。20log規則用于將線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表示放大器的開環增益，B表示反饋系數。（AV×B）稱為環路增益。分母（1＋AV×B）稱為反饋量。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（環路增益）。故可將上述等式簡化為以下等式：Vout／Vin＝ACL＝1／B
圖4顯示了這種關系。運算放大器的帶寬為fC。通過負反饋，其閉環帶寬擴展至fCL。根據下列增益帶寬積公式計算出fCL：fCL＝fT／ACL

圖4：增益與頻率的關系

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

圖5：反饋電路產生的振蕩

當我們考慮的是適用于由運算放大器驅動電容性負載的應用場景時，如果電容性負載導致的截止頻率在環路增益大于1的范圍內，則會發生振蕩。為防止振蕩，需在電容器上串聯一個電阻器。即使運算放大器未連接負載，仍應注意導線或其它電容。盡量縮短從運算放大器輸出端至后續器件的導線長度以及反饋回路的導線長度。
本篇全面分享了運算放大器的一些需要重點注意的方面，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。