運(yùn)算放大器輸出端出現(xiàn)了大量失調(diào)

最近，一位客戶在這里訪問(wèn)了TI E2E 社區(qū)的高精度放大器論壇，提出了令人費(fèi)解的電路工作情況問(wèn)題。

其電路使用一款運(yùn)算放大器在極低頻率下放大擴(kuò)音器輸出。他采用大型 （47 μF） AC 耦合電容器及高輸入阻抗 （100 kΩ） 為其測(cè)量獲得低轉(zhuǎn)角頻率。

遺憾的是，運(yùn)算放大器輸出端出現(xiàn)了幾乎 1 伏特的大量 DC 失調(diào)。這是怎么回事？

我最喜歡的一句名言是丹麥物理學(xué)家 Niels Bohr 說(shuō)過(guò)的：“專家就是在一個(gè)非常狹窄領(lǐng)域犯了所有可犯錯(cuò)誤的人?！蔽矣X(jué)得自己還不是一名專家，但這就是我犯過(guò)的一個(gè)錯(cuò)誤。

其運(yùn)算放大器輸出端出現(xiàn)了大量失調(diào)

看看圖 1 中的客戶原理圖，C1 電容器值可為該失調(diào)源提供重要的線索。大型電容器（特別是電解質(zhì)與鉭質(zhì)電容器）可能有極大的泄漏電流。這可導(dǎo)致在輸入電阻器 R2 上產(chǎn)生電壓，運(yùn)算放大器會(huì)對(duì)其進(jìn)行放大。

要知道泄漏電流來(lái)自哪里，我們先來(lái)看看電容器的基本結(jié)構(gòu)。

電容器的基本結(jié)構(gòu)為兩個(gè)間距為“d”的“A”面積電極板

該電容取決于：

電介質(zhì) εr（εo 為自由空間介電常數(shù)）的相對(duì)介電常數(shù)、

電極“A”的面積以及

他們的間距“d”。

該結(jié)構(gòu)還會(huì)產(chǎn)生電阻：

電阻 R 由介電材料“ρ”的電阻系數(shù)以及電極面積及其間距決定?？上](méi)有完美的絕緣介電材料。實(shí)際上 Teflon 也只有 1?1023 至 1?1025 （Ωm） 的有限電阻系數(shù)。

R 被稱為“絕緣電阻”，與電容并列。此外，提高電容的因素還會(huì)導(dǎo)致絕緣電阻的降低。為了說(shuō)明這種趨勢(shì)，我還針對(duì)幾個(gè)額定 10 V 電解質(zhì)電容器，繪制了絕緣電阻與電容的比值圖。［1］ 見(jiàn)圖 3。

在相等電壓額定值下，電容器越大，電容器絕緣電阻越低

電容器的絕緣電阻通常取決于電容器的額定電壓，但不是所有應(yīng)用電壓都一樣。

因此，通過(guò)電容器的泄漏電流會(huì)因應(yīng)用電壓而發(fā)生極大的變化。［2］（見(jiàn)圖 4）

DC 泄漏在極大程度上取決于應(yīng)用電壓

通常，在 40% 的額定電壓下，泄漏電流將降至其額定值的 10%，如圖 4 所示。因此，既可提高電容器電壓額定值，降低泄漏電流，也可轉(zhuǎn)換至超低泄漏的電解化學(xué)類型。［3］

我通常采用聚丙烯薄膜電容器實(shí)現(xiàn)低泄漏耦合應(yīng)用。如果我真正需要低泄漏，我就會(huì)去我同事 Thomas Kuehl 的辦公室借真空電容器（圖 5），盡管 47 μF 的真空電容器會(huì)很大！

50 pF、20 kV 的真空電容器

在調(diào)試電路時(shí)，通常原理圖上沒(méi)有諸如耦合電容器絕緣電阻等組件，這就會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。無(wú)源組件將在理想模式下工作的假設(shè)，只是我從我努力成為一名專家過(guò)程中了解到的眾多錯(cuò)誤之一。我不知道我的下一個(gè)錯(cuò)誤將是什么。

責(zé)任編輯：haq