運(yùn)放反饋電阻上為什么要并聯(lián)二極管？

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在模擬電路設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會看到一個看似多余的設(shè)計(jì)：在運(yùn)算放大器的反饋電阻R1兩端，并聯(lián)了一個二極管D1，如下圖所示。

很多新手工程師第一反應(yīng)是，這不是把線性放大器變成非線性了嗎？波形豈不是由于二極管的導(dǎo)通壓降而失真？

沒錯，它確實(shí)引入了非線性，但這種刻意為之的非線性。

下面是LTSPICE仿真結(jié)果：

二極管截止時，假設(shè)輸入Vin為負(fù)電壓，當(dāng)Vout為正時，二極管反向截止。結(jié)果是電路是一個標(biāo)準(zhǔn)的反相放大器。

當(dāng)Vin為正導(dǎo)致Vout變負(fù)，且幅度超過二極管壓降。二極管導(dǎo)通，將反饋回路短路。結(jié)果是運(yùn)放輸出電壓會被鉗位在二極管的導(dǎo)通壓降，約為-0.7V。

真正的半波整流器，希望在這一半周期內(nèi)輸出為0V。但這個電路輸出的是-0.7V。對于精密信號處理來說，這個-0.7V的誤差是巨大的。所以，它的學(xué)名應(yīng)該叫帶增益的單邊限幅器。

下面這個電路就可以解決這個問題了：

輸入信號要求輸出為正時，運(yùn)放輸出端會輸出Vtarget+0.7V。雖然運(yùn)放內(nèi)部多出了0.7V，但這0.7V全都降落在二極管上。反饋環(huán)路是從二極管之后取樣的，運(yùn)放會自動調(diào)節(jié)輸出，抵消掉二極管的壓降。

當(dāng)輸入信號反轉(zhuǎn)，運(yùn)放輸出負(fù)電壓，二極管截止。此時輸出端通過負(fù)載電阻接地，Vout嚴(yán)格等于0V，而不是-0.7V。

建議使用開關(guān)速度快的二極管，高頻輸入信號將會失真，具體的程度取決于二極管可以從阻斷狀態(tài)過渡到正向?qū)Ｊ降乃俣取Ｐぬ鼗O管可能是一個較好的選擇，因?yàn)樗鼈円暂^高的反向漏電流為代價實(shí)現(xiàn)了比pn結(jié)二極管更快的轉(zhuǎn)換速度。