運(yùn)放做跟隨器電路時(shí)的注意事項(xiàng)

運(yùn)放做跟隨器，可能都覺得是非常簡(jiǎn)單的應(yīng)用，但工作幾年來，也有見過沒有合乎預(yù)期工作的跟隨器電路(如輸入0.5~2.5V，輸出卻為0.7~2.5V;后面會(huì)詳細(xì)解釋原因)。所以本文將總結(jié)運(yùn)放做跟隨器電路時(shí)的三點(diǎn)注意事項(xiàng)，以供參考。

首先說下跟隨器的特點(diǎn)吧，這樣也就知道什么時(shí)候需要用到它了。跟隨器可以認(rèn)為輸入阻抗無窮大，輸出阻抗為零;假設(shè)運(yùn)放是理想的，不過一般情況下這么假設(shè)是沒有問題的。所以，當(dāng)我們有一個(gè)電壓型的傳感器(如電化學(xué)傳感器，它的模型如圖1)，如果我們希望更精確的采集出傳感器的電壓值，那么就可以用跟隨器了(無需放大的話，否則需要同向放大)，因?yàn)橄袂懊嬲f的，跟隨器的輸入阻抗非常大，所以不會(huì)造成分壓，就能減小信號(hào)采集時(shí)的誤差了。下面開始討論運(yùn)放做跟隨器時(shí)的三個(gè)注意事項(xiàng)。

圖1

第一核對(duì)運(yùn)放是否是單位增益穩(wěn)定的運(yùn)放。這個(gè)跟運(yùn)放的穩(wěn)定性穩(wěn)定性有關(guān)系。跟直覺相反，運(yùn)放增益越低，就越有可能不穩(wěn)定的;增益帶寬積固定，那么增益越小帶寬越大。所以我們用運(yùn)放做跟隨器時(shí)需要格外注意它在單位增益時(shí)是否是穩(wěn)定的，即0dB增益時(shí)，相位裕量是否大于45°——這是穩(wěn)定性判據(jù)，它背后有很復(fù)雜的推導(dǎo)過程，不用糾結(jié)的，只要記得穩(wěn)定性判據(jù)一般就夠用了。

因?yàn)楹芏噙\(yùn)放的datasheet里，以u(píng)nitygain關(guān)鍵詞去全文搜索不一定能搜到，但這也不能說明這個(gè)運(yùn)放不能做跟隨器的;比如OP07和AD8065，OP07的典型應(yīng)用里確實(shí)有跟隨器應(yīng)用，所以可以這么用。而AD8065的application里是可以看到buffer的，所以這兩個(gè)都可以用作跟隨器。

那么如何能夠簡(jiǎn)單判斷運(yùn)放是否可用作跟隨器呢?直接去找它的開環(huán)響應(yīng)曲線就可以了，看看0dB時(shí)它的相位裕量是否大于45°。圖2是AD8065的datasheet，可看到，0dB時(shí)候，它的相位裕量在60°，所以它可以用作跟隨器。

圖2

第二核對(duì)它的共模輸入范圍是否大于信號(hào)的輸入范圍，否則就會(huì)出現(xiàn)本文開頭提到的那個(gè)問題，即輸入0.5~2.5V，輸出卻為0.7~2.5V，就是因?yàn)闆]有考慮運(yùn)放的共模輸入范圍。以LT6011為例，在單電源供電即Vs=5V，0V時(shí)，它的共模輸入范圍Vcm為0.7V~4V;圖3、4。所以，如果在Vs=5V，0V供電時(shí)，它的最低輸入信號(hào)不能夠小于0.7V的。

共模輸入限制跟三極管或者mos管的特性有關(guān)系，見圖5、6、7

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

我們還可以用仿真確認(rèn)下運(yùn)放的共模輸入范圍的，見圖8。所以可以看到OPA188是用作跟隨器時(shí)，輸出信號(hào)范圍和輸出信號(hào)范圍是一樣的，正常。

圖8

第三，運(yùn)放做跟隨器時(shí)，確認(rèn)下是否需要在Vin+和Vout間串聯(lián)個(gè)電阻。圖9所示的是運(yùn)放LT6011內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它的輸入端是有ESD二極管，這個(gè)ESD二極管是有電流限制的，超過它二極管就會(huì)損壞，一般是10mA;如圖10。所以運(yùn)放的規(guī)格書絕對(duì)額定最大值部分會(huì)看到輸入最大電流是±10mA;如圖11。

圖9

圖10

圖11

為什么運(yùn)放輸入端有ESD二極管時(shí)，需要在Vin-和Vout之間串聯(lián)電阻呢?最近ADI楊建國(guó)模擬課中講的非常詳細(xì)的，我這里就直接引用吧，因?yàn)椴荒苷f的比他更好呢。見圖12

圖12

補(bǔ)充：

除了輸入端有ESD二極管的運(yùn)放外，電流反饋型運(yùn)放也要加反饋電阻的，按照datasheet來。更多的關(guān)于加不加反饋電阻的內(nèi)容，可以去找楊建國(guó)的資料。