作者：Bruce Trump， 德州仪器 (TI)
在帮助选择运算放大器和仪表放大器时，我经常听到这样的声音：“我需要真正的高输入阻抗。”哦，真是如此吗？你确定吗？
输入阻抗，更确切地说是输入电阻，很少会成为一个严重问题。（输入电容也即输入阻抗的电抗部分则是另外一回事，我们改日再讨论。）通常，我们最需要的是低输入偏置电流 IB。没错，它们相关，但却不同。下面，让我为你娓娓道来：
一个简单的单输入模型为电流源（输入偏置电流）和输入电阻的并联组合，如图 1 所示。该电阻器使输入电流随输入电压而变化。输入偏置电流为具体输入电压下的输入电流，通常使用中等电源。
输入电阻是一种“输入电压变化，输入电流也变化”的方法。它可能具有一安培的输入偏置电流，并且输入电阻仍然极高。
我们通常会给出一幅典型图，表明输入偏置电流与共模电压的关系。下面有一些例子，你可以看到它并非为一条笔直的线条…
作者：Bruce Trump，德州仪器 (TI)
轨至轨放大器可产生极为接近接地的输出电压……但到底接近到什么程度呢？我们谈的是CMOS运算放大器。当你正努力最大化输出电压摆动时，它常用于低压设计。这些器件的规格通常如下：
这让它看起来，输出绝不会比15mV更接近接地，而最后一个15mV对于准确的零式测量至关重要。但请等一下……你的确需要仔细理解这种规格的所有状态。假设负载在两个电源端之间“半”连接。我们通常可在规格表的顶部看到这些状态，你会看一条如下声明…….
RL 连接至 VS/2.
在这种规格状态下，在输出靠近接地时，放大器必须通过负载电阻器吸取电流。它反映了放大器测试的方法，其确保它能够正确地输出和吸取电流。这是测试和规定放大器的一种明智、保守的方法，但它却不是连接你的负载的方法。假设你的负载如图1所示连接接地…
或许您从来都没有使用过热电耦，假设您没有必要知道其工作原理，但我不同意这一观点。我相信花上十分钟阅读相关资料是非常值得的。如果您已经非常熟悉其工作原理了，那么在我做错的时候请告知我。
热电耦是由两种不同金属制成的温度测量传感器。它们有可能是铜制的或铁制的，也可能是由特殊的金属混合物制成的。不同金属材质的两根导线在一个结点处相连接（这给我们提供了第一个重要的点）——在节点处没有电压，这和您要连接的任何两根导线一样，在连接处不会产生电压。
现在我们知道了：当导体的一端与其另一端的温度不一样时，在导线的两端就会产生一个电压。没错这是真的！无论该导线的电阻如何其只表现为电压而没有电流流动——这就是塞贝克效应。如果我们使用两种不同的金属，那么将会产生两个不同的电压，并且二者的电压差可以在开路末端测量到，请参见图 1。请注意，如果您想测量出相同金属单根导线的绝对塞贝克电压…
作者：Bruce Trump，德州仪器 (TI)
设计人员有时会发现运算放大器产品说明书规范令人费解，因为并非所有性能特性都有最小规范或者最大规范。有时，您必须使用规范表或者典型性能图表中的“典型值”。但是，这个“典型值”到底是什么意思呢？它的变化范围是多大呢？
要想回答这个问题并不容易，它取决于具体的规范。下面，我们对容易引起疑问的 3 个特性进行逐一说明：
带宽——运算放大器的增益带宽积 (GBW) 主要由输入级电流和片上电容值控制。这两个变量的变化，可产生的 GBW 变化范围为 ±20% 左右。看起来，这是一个比较宽的范围，但是通过选择一个大裕量的运算放大器，却可以更加轻松地进行大范围 GBW 设计。如果必要，可以利用一些反馈组件，对您的应用的闭环带宽进行控制。请注意，在开环增益/相位图（请参见图 1）上，这种变化看起来非常的小。
…作者：Bruce Trump，德州仪器 (TI)
鉴于反馈通路中相移（或者称作延迟）引起的诸多问题，我们一直在追求运算放大器的稳定性。通过上周的讨论我们知道，电容性负载稳定性是一个棘手的问题。如果您才刚刚接触我们的讨论，那么您应该首先阅读前两篇博客文章《振荡原因》和《“驯服”振荡》。
“麻烦制造者”运算放大器开环输出电阻 (Ro)，实际并非运算放大器内部的一个电阻器。它是一个依赖于运算放大器内部电路的等效电阻。如果不改变运算放大器，也就不可能改变这种电阻。CL 为负载电容。如果您想驱动某个 CL，您就会受困于 Ro 和 CL 形成的极点频率。G=1 时 20MHz 运算放大器的反馈环路内部 1.8MHz 极点频率便会带来问题。请查看图 1。
对于这个问题，有一种常见解决方案—调慢放大器响应速度。想想看，环路具有固定的延迟，其来自 Ro 和 CL。为了适应这种延迟…
作者：Bruce Trump，德州仪器 (TI)
鉴于反馈通路中相移（或者称作延迟）引起的诸多问题，我们一直在追求运算放大器的稳定性。通过上周的讨论我们知道，电容性负载稳定性是一个棘手的问题。
如果受反馈网络电阻影响的运算放大器输入电容（加上一些杂散电容）形成的相移或者延迟过大，则简易非反相放大器便会不稳定，或者出现大量过冲和振铃。您可以通过减少该节点的杂散电容来获得一定的改善，其可以最小化这种连接的电路板线路面积。使用某个特定的运算放大器时，输入电容（差分电容+共模电容）为固定值—您会受到它的束缚。但是，您可以按比例减小反馈网络的电阻值，以保持增益不变。这样可将该电容所产生的极点频率移至更高频率，并减小延迟时间常量。本例中，我们将电阻减小至 5kΩ 和 10kΩ，获得了明显改善，但仍然产生了约 10% 过冲，并有振铃出现。另外，它还给运算放大器带来额外的负载，因此您不能过多地使用这种解决方法。两个电阻器的和为运算放大器负载…
作者：Bruce Trump，德州仪器 (TI)
虽然 Bode 图是一种很不错的分析工具，但是您可能没有还发现该图太过直观了。就运算放大器不稳定和振荡而言，Bode 图这是对常见原因的一种直观表述。
在反馈信号到达反相输入端时就会发生如图 1 中所示的完美的无延迟阻尼响应。运算放大器通过斜坡至最终阈值并在反馈信号检测到在适当输出电压时的闭合缓缓下降来进行响应。
当反馈信号延迟的时候问题就会进一步恶化。由于在环路中有延迟，放大器无法立即检测到其达到最终阈值的进程，进而以过快地向正常输出电压移动的形式表现为过响应。请注意延迟反馈越多最初斜率也就越快。反相输入无法及时接收到其已经达到并传递出正常输出电压的反馈。其将过冲目标并在最终建立时间前需要诸多连续的极性纠正。
如果是少量的延迟，您可能只是看到了一些过冲和振铃。如果是大量的延迟，那么这些极性纠正就会永无休止——进而形成振荡器。
延迟的根源通常是一个简单的低通…
作者：TI专家 Bruce Trump
通过上一篇文章，我们知道，集成差动放大器的高精确匹配的电阻器对于获得需共模抑制至关重要。
然而，在一种相对常见的情况下，1% 电阻器和一个较好的运算放大器便可以构建一个完全合格的差动放大器。当我们在负载“低侧”的情况下使用一个分流器进行电流测量时，共模电压常常非常小。您可能会忍不住想要使用一个标准的非反相放大器来测量该分流器的电压，因为分流器电压为接地参考。但是，仍然可能会有较小的杂散接地电阻压降。您可能需要一种差动测量方法对该电压进行开尔文检测，从而实现分流器的四线连接。
由于杂散或者寄生电阻的压降都很小，因此使用中等共模抑制比的差动放大器便已完全足够。正如我们在上周的文章中所讨论的那样，如果在这种自制差动放大器的电阻器中，有两个电阻器错配 ±1%，则杂散电阻误差电压衰减 100x…
作者：TI专家 Bruce Trump
在单片IC设计过程中，我们常常会竭尽所能地对内部组件进行精确的匹配。例如，精确匹配运算放大器的输入晶体管，旨在获得低失调电压。如果我们必须使用属于我们自己的离散晶体管运算放大器，则我们会得到 30mV 甚至更高的失调电压。精确匹配组件的这种能力包括片上电阻器的使用。 集成差动放大器利用高精度片上电阻器匹配和激光修整。这些集成器所拥有的卓越的共模抑制性能，有赖于精心设计集成电路的精确匹配和温度追踪能力。图 1 显示了如 INA133 等差动放大器的常用方法，其对一个低电阻分流器的电压进行测量，从而监测负载的电流。要想抑制 10V 共模电压 Vs，两个输入端增益必须完全相等并且极性相反。
图 1 中，我假设为一个理想的运算放大器，但输入电阻相互偏差 ±3Ω，并且其25kΩ 额定值中存在 ±0.012% 不匹配。这种非常小的电阻误差…
作者：TI专家 Bruce Trump
我们常常会收到一些与电源有关的应用问题，询问我们运算放大器的输入和输出电压范围到底有多大。既然大家存在这方面的疑惑，那么我们就利用这篇文章来为大家解疑释惑：
首先，常见运算放大器并没有接地端。标准运算放大器“不知道”接地的位置，因此它也就无从知道其工作电源是一个双电源（±）还是一个单电源。只要电源输入和输出电压在其工作范围以内，就不会出问题。
下面是我们需要考虑的三个重要电压范围：
1、总电源电压范围。它是两个电源端之间的总电压。例如，30V 的总电压范围为 ±15V。再如，某个运算放大器的工作电压范围可能为 6V 到 36V。在低压极端条件下，它可能为 ±3V 或者 +6V。在高压极端条件下，它可能为 ±18V 或者 +36V，甚至是 -6V/+30V。没错，如果您留心阅读下面的第 2 点和第 3 点，会发现使用非平衡电源也是可以的。…
作者：TI专家Bruce Trump
您会为了匹配您运算放大器电路的输入 DC 电阻而添加一个电阻器吗？请看下面图 1 所示电路。我们中的许多人会教条地认为添加 Rb 是一种“好方法”，并让其值等于 R1 和 R2 的并联组合。我们现在就来研究使用这种电阻器的原因，并思考它的使用是否必要。
添加 Rb 的目的是降低输入偏置电流引起的电压偏移。如果两个输入都有相同的输入偏置电流，则流过相同电阻的相同电流便会形成大小相等但方向相反的偏移电压。因此，输入偏置电流不会增加电路的偏移电压。这种基本想法在某些情况下有优点。但在添加 Rb 以前，您都考虑过它的必要性吗？ 很多时候，R1 和 R2 并联电阻足够低，而输入偏置电流也足够低，这样在没有 Rb 的情况下形成的电压偏移便微不足道。在添加该电阻器以前，请首先计算这种误差。本应用中，我们假设运算放大器的输入偏置电流为 10nA。在不使用 Rb 的情况下，输入偏置电流引起的输入参考偏移电压为…
作者：TI专家Bruce Trump
许多人在我们的论坛询问如何进行各类电流源的设计——恒定电流、压控电流、AC 电流、大电流、小电流、有源电流源以及无源电流阱等。一篇博文不可能说清所有这些内容。但是，我可以为您介绍一些基础背景知识，并为您提供一些获取更多详情的链接地址。 重点是，电流源不可能在没有必要电压的情况下迫使电流流入负载。把某个电流源看作是一个电路，它对其输出电压进行调节，以使预期电流流入负载。如果没有 10V 的电压，则您无法使 10Ma 的电流流入 1k-ohm 负载。或许更加重要的是，在没有形成 1000V 输出的情况下，您无法使 10Ma 的电流流入 100kΩ 负载。每过一段时间，就会有人问我们如何使用一些简单的运算放大器电路，在没有 1000V 运算放大器甚至 1000V 电源的情况下完成上述不可能完成的任务。 正如我的同事所言：…
作者：TI专家Bruce Trump
之前，我们讨论了运算放大器用作比较器时，内部差动输入钳位二极管对运算放大器的影响。我提出了一个问题——这些钳位会影响运算放大器电路吗？运算放大器在两个输入端之间的电压应大约为零，那么，在标准运算放大器电路中这些二极管绝不会正向偏置……又或者，它们会正向偏置？ 稍微提醒一下，我们正在讨论的是一些可能出现某些运算放大器中的差动钳位二极管，请参见图 1。
通常在基本非反相放大器配置结构（包括一种简单的 G=1 缓冲器放大器）中，可以看到运算放大器电路的影响。下面来看一下一个正向输入步进。输出无法立即跟随浪涌输入电压变化。如果输入步进大于 0.7V，则 D1 导电，从而影响非反相输入。当运算放大器正转向至其新的输出电压时，运算放大器输入端的电流会突然增加至某个更高的尖峰值…
作者： TI专家Bruce Trump
仪表放大器（IA）是运算放大器和反馈电阻的结合，用于精确地获取和放大信号。 使用这些通用放大器的一个常见错误是没有为输入偏置电流提供一条通路。25年以来，我们一直在向人们展示一幅图表，强调正确运行所要求的必要输入偏置，但广大设计人员似乎都没有注意到这一点。之所以会这样也许正是因为它的名字——仪表放大器。它听起来像是实验室仪器，例如：示波器或者频谱分析仪等，包括一些随时可用的输入。好吧，差不多是这样，但仪表放大器需要您更小心一些。 每个输入都直接连接至双极晶体管基极（请参见图 1a）或者 FET 栅极（请参见图 1b）。双极晶体管要求基极电流工作。浮动热电偶电压源不提供该电路通路。没有该电流通路的情况下，输入会出现饱和，从而形成无效输出电压。
即使是一个极低输入偏置电流的 FET 输入 IA…
许多人偶尔会把运算放大器当比较器使用。一般而言，当您只需要一个简单的比较器，并且您在四运算放大器封装中还有一个“多余”运算放大器时，这种做法是可行的。稳定运算放大器运行所需的相位补偿意味着把运算放大器用作比较器时其速度会非常的低，但是如果对速度要求不高，则运算放大器可以满足需求。偶尔会有人问到我们运算放大器的这种使用方法。这种方法有时有效，有时却不如人们预期的那样效果好。为什么会出现这种情况呢？ 许多运算放大器都在输入端之间有电压钳位，其大多数一般都使用背靠背二极管（有时使用两个或者更多的串联二极管）来实施。这些二极管保护输入晶体管免受其基极结点反向击穿的损害。差动输入为约 6V 时便会出现许多 IC 工艺击穿，这会极大地改变或者损坏晶体管。下图显示了 NPN…
How to recover a pulse signal with a large capacitance load
作者: Hawk Tong 德州仪器半导体技术(上海)有限公司信号链工程师
Introduction
In some applications it is necessary to transmit square waves across a long cable. However, long cables typically have high capacitance, which can significantly affect the signal’s wave shape. As such, the signal’s frequency and duty cycle needs to be maintained, if it is to remain free from distortion.…
行业分析师们一致认为未来系统的发展趋势是移动便携、"绿色"节能，以及在终端设备中集成更多的传感器。这种发展趋势，要求模数 (ADC) 转换器和数模 (DAC) 转换器具有更多的通道数、更高的速度和性能，同时还要求更低的功耗预算、更小的尺寸以及更低的成本。
各大数据转换器厂商通过制造更多集成了其他电路组件的数据转换器对这些需求做出了积极的响应。尽管在许多微处理器内核周围有大量的外围设备，一些性能需求正推动许多特殊模拟前端或者其他模拟"配套"芯片的发展，其与一颗单独的处理器一起工作。
例如，TI 最近推出了 ADS1298，其为一款完整的心电图（ECG）系统前端。它将八个具有可编程增益放大器和大量辅助电路的 24 位 ADC 封装到一个单 BGA 或者 TQFP 封装中。由于数据转换器成为单封装集成系统的组成部分…
作者：Stephen Crump，德州仪器 (TI) 音频与成像产品音频功率放大器应用工 程师
模拟
汽车
DLP® 技术
嵌入式处理
工业
电源管理
