放大器電路常見問題

最常遇到的一個應用問題是在交流（AC）耦合運算放大器或儀表放大器電路中沒有提供偏置電流的直流（DC）回路。在圖1中，一只電容器與運算放大器的同相輸入端串聯以實現AC耦合，這是一種隔離輸入電壓（VIN）的DC分量的簡單方法。這在高增益應用中尤其有用，在那些應用中哪怕運算放大器輸入端很小的直流電壓都會限制動態范圍，甚至導致輸出飽和。然而，在高阻抗輸入端加電容耦合，而不為同相輸入端的電流提供DC通路，會出現問題。

實際上，輸入偏置電流會流入耦合的電容器，并為它充電，直到超過放大器輸入電路的共模電壓的額定值或使輸出達到極限。根據輸入偏置電流的極性，電容器會充電到電源的正電壓或負電壓。放大器的閉環DC增益放大偏置電壓。

這個過程可能會需要很長時間。例如，一只場效應管（FET）輸入放大器，當1pA的偏置電流與一個0.1μF電容器耦合時，其充電速率I/C為10–12/10–7=10μV/s，或每分鐘600μV。如果增益為100，那么輸出漂移為每分鐘0.06V。因此，一般實驗室測試（使用AC耦合示波器）無法檢測到這個問題，而電路在數小時之后才會出現問題。顯然，完全避免這個問題非常重要。

圖2示出了對這常見問題的一種簡單的解決方案。這里，在運算放大器輸入端和地之間接一只電阻器，為輸入偏置電流提供一個對地回路。為了使輸入偏置電流造成的失調電壓最小，當使用雙極性運算放大器時，應該使其兩個輸入端的偏置電流相等，所以通常應將R1的電阻值設置成等于R2和R3的并聯阻值。

然而，應該注意的是，該電阻器R1總會在電路中引入一些噪聲，因此要在電路輸入阻抗、輸入耦合電容器的尺寸和電阻器引起的Johnson噪聲之間進行折衷。典型的電阻器阻值一般在100，000Ω~1MΩ之間。

類似的問題也會出現在儀表放大器電路中。圖3示出了使用兩只電容器進行AC耦合的儀表放大器電路，沒有提供輸入偏置電流的返回路徑。這個問題在使用雙電源（圖3a）和單電源（圖3b）供電的儀表放大器電路中很常見。

這類問題也會出現在變壓器耦合放大器電路中，如圖4所示，如果變壓器次級電路中沒有提供DC對地回路，該問題就會出現。