差動輸入鉗位對運算放大器的影響

運算放大器在兩個輸入端之間的電壓應大約為零，那么，在標準運算放大器電路中這些二極管絕不會正向偏置……又或者，它們會正向偏置?

之前，我們討論了運算放大器用作比較器時(詳情：將運算放大器用作比較器，可行么?)，內(nèi)部差動輸入鉗位二極管對運算放大器的影響。我提出了一個問題——這些鉗位會影響運算放大器電路嗎?

運算放大器在兩個輸入端之間的電壓應大約為零，那么，在標準運算放大器電路中這些二極管絕不會正向偏置……又或者，它們會正向偏置?

稍微提醒一下，我們正在討論的是一些可能出現(xiàn)某些運算放大器中的差動鉗位二極管，請參見圖 1。

通常在基本非反相放大器配置結構(包括一種簡單的 G=1 緩沖器放大器)中，可以看到運算放大器電路的影響。

下面來看一下一個正向輸入步進。輸出無法立即跟隨浪涌輸入電壓變化。如果輸入步進大于 0.7V，則 D1 導電，從而影響非反相輸入。當運算放大器正轉向至其新的輸出電壓時，運算放大器輸入端的電流會突然增加至某個更高的尖峰值，參見圖 2。最終，當輸出“趕上”輸入時，一切又變好了。

許多應用本身就是處理慢或者帶限信號的，其遠低于運算放大器的轉換速率，因此肯定不會出現(xiàn)這種情況。

在其他一些應用中，即使輸入電壓快速變化，輸入端電流瞬態(tài)也不會對電路運行產(chǎn)生不利影響。但在一些特殊情況下，輸入電流脈沖會導致許多問題。一種值得注意的情況是多路復用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

下圖顯示了這種系統(tǒng)的一個簡化案例，其只有兩條輸入通道。

本例中，多路復用器在通道 1 和通道 2 之間切換，因此要求 U1 的輸出能夠快速地從 -5V 轉換至 +5V。D1 正向偏置和由此產(chǎn)生的輸入電流瞬態(tài)通過多路復用器開關，從而釋放 C2 的電壓。R/C 輸入濾波器通常用于在通道切換期間保持穩(wěn)定的電壓，但是電流脈沖部分對 C2 放電。現(xiàn)在，C2 需要更多時間來重新充電至正確的輸入電壓，從而降低了復用速率，也即降低了精確度。

解決方法是為 U1 選擇使用一種沒有差動鉗位的運算放大器。如 OPA140 等FET 輸入放大器，均擁有低輸入偏置電流(以便減少 MUX 串聯(lián)電阻的負擔)，并且沒有差動輸入鉗位，極為適合多路復用輸入。OPA827 在大多數(shù)應用中都表現(xiàn)優(yōu)異—FET 輸入、非常低的噪聲、高速且穩(wěn)定快速。但是，它有一些差動輸入鉗位，因此 OPA827 或許并非運算放大器多路復用器的最佳選擇。

之前的博文重點討論了差動鉗位，介紹了使用各種運算放大器類型的一般原則。詳情請參閱《將運算放大器用作比較器，可行么?》。 我并不想讓讀者產(chǎn)生這樣的印象：差動輸入鉗位運算放大器有風險，應該避免使用，但事實并不是這樣的。少數(shù)情況下，它們會影響您的電路。但如果知道這一點，您就不會做出盲目的選擇。