运算放大器应用设计的几个实用技巧

一、如何实现微弱信号放大？
传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用威廉希尔官方网站 ，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大？


对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测威廉希尔官方网站 结构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测威廉希尔官方网站 类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。


另外，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。
1)威廉希尔官方网站 设计时注意平衡的处理，尽量平衡，ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。
2)推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接威廉希尔官方网站 地，可以大大改善威廉希尔官方网站 抗干扰能力。
3)对于传感器输出的nA?级，选择输入电流pA?级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。
4)若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简单的高通威廉希尔官方网站 ，抑制50Hz干扰。

二、运算放大器的偏置设置
在双电源运放在接成单电源威廉希尔官方网站 时，工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择，比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好？

有的网友建议用参考电压源，理由是精度高，此外还能提供较低的交流旁路，有的网友建议用电阻，理由是成本低而且方便，对此，我们只是强调双电源运放改成单电源威廉希尔官方网站 时，如果采用基准电压的话，效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高，PSRR比较低。

三、 如何解决运算放大器的零漂问题？
一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如何解决这个问题？


有几种可能性会导致零漂：
1)反馈电容ESR特性不好，随电荷量的变化而变化；
2)反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈电容两端并上电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点；
3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。


从数学分析的角度对造成零漂的原因分析，除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑！


对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决：
1)采用开关电容威廉希尔官方网站 的技巧，使用CDS采样方式可以有效消除offset电压；
2)采用同步检测威廉希尔官方网站 结构，可以有效消除offset电压。