使用 OP LM324 當作緩衝器注意事項

參考文章: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/avoiding-op-amp-instability-problems.html#

LM324 是內含 4 個 OP 的運算放大器, 參考技術資料 : https://www.onsemi.com/pub/Collateral/LM324-D.PDF, 工作電壓是 3V ~ 32V , 可以單電壓工作, 但有些事項需要特別注意:

1. 輸出端 Vo 線性範圍,  供應電壓 Vcc (正端電源), Vee (負端電源), 與 Vb 偏壓(bias voltage)

從 datasheet 可看出 LM324 是 bipolar 輸出, 當偏壓 Vb = (Vcc - Vee) ÷ 2 時, 負輸出(Vo < Vb) ,可以接近 Vee, 但正輸出(Vo > Vb) 受限電晶體的特性, 最大輸出電壓將會比正端電源 Vcc 稍低個 1 ~ 1.3, 因此若想用電壓 3.3V 當電源工作時, 會看到最大輸出到接近 2V 時就飽和被截掉了, 輸出若是 Vo < Vee 時,當然也會被截掉變成 Vee

2. 放大器輸入電阻 Ri, 回受電阻 Rf,  信號源 Vs, 信號源電阻 Rs

若是操作運算放大器在反相放大模式, 當回受電阻等於 Rf, 輸入電阻等於 Ri, 放大率就是 - Rf ÷Ri, 也就是說可以將信號放大或縮小, 端視 Rf 與 Ri 的比率而定, 而且輸出信號相位與原輸入信號還差了 180 度:

         Vo = - Vi  * Rf ÷ Ri   , 反相放大

若是操作在非反相放大模式, 放大率則變成 1 + Rf ÷Ri, 永遠大於 1, 換句話說只能把信號放大:

        Vo =  Vi  * (1 + Rf ÷ Ri) = Vi *(Ri + Rf) ÷ Ri   , 非反相放大

當信號源 Vs 的輸出阻抗 Rs 遠小於 Ri, 就可以忽略掉信號衰減效應 Vi = Vs, 否則就要考慮進去:

         Vi = Vs * Ri ÷ (Ri + Rs)

因此, 反相放大器輸出:

        Vo = -  Vs * [Ri  ÷ (Ri + Rs)]  *  Rf ÷ Ri 

              = -  Vs * Rf ÷ (Ri + Rs) 

非反相放大輸出 :
        Vo  =  Vs * [Ri  ÷ (Ri + Rs)] * [(Ri + Rf) ÷ Ri]

               =  Vs * (Ri + Rf )÷ (Ri + Rs)

雖然可以透過 Rs 把數值加大將信號衰減, 但同時也把熱雜訊引入, 因此 Rs 要儘量小, 參考文章: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-25.html