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运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。
6 _9 W5 e+ p9 ~/ l3 ]1 n: t1 y
8 B& j6 T) U( Y, g2 H运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。
' {6 L$ q& L) k6 H( j9 D: y6 t# F3 c' L
* v$ E+ u$ G+ j5 a+ n: R2 @
1、运放在有源滤波中的应用0 A1 y/ i% {" L
![]() 5 }5 h( F& ]5 W* j4 }7 D
上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯 电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。( _$ D+ n V1 T$ P; F$ j
4 V2 I& m6 p$ l& ~% t- B
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。( i8 M3 i- P, W$ d$ r; ~
. I/ f. k# q& F滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为: B% M$ I4 x! r& C9 E2 w. j
巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
6 S* f* o8 R2 P/ z+ X4 K
# `: B6 K/ Y! @6 ]巴特沃兹低通滤波中 用的最多的是 赛伦凯乐电路，即仿真的该电路。5 q/ n8 g! [8 Y" k' T5 p
6 I; ? s3 Z1 Y3 I8 c6 }! J一个滤波器，要知道其截至频率是多少，或者能写出传递函数和频率响应也可以。+ n: ?- Y5 w, w4 D1 K. a$ [
; E. S' b+ L1 i. F
如果该滤波器还有放大功能，要知道该滤波器的增益是多少。
! i: P9 Z" r+ y5 _![]() 当两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路，在二阶有源电路中引入一个负反馈，目的是使输出电压在高频率段迅速下降。- u+ A3 U3 v' J2 c; l/ M, A
" m$ M: L% p" g8 D9 {
二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数为 1+Rf/R1 ，与一阶低通滤波电路相同；0 o) q# D& A( `: Q- D* M
![]() ![]()
6 d1 ~7 ]* C- p! d) |6 ?3 d. A. M" P$ T9 z9 M T4 G7 ?
" c+ I4 c3 u1 V( y$ _/ n5 s4 l截止频率为
' b8 _- @2 f( l" E3 E @* k![]()
. w8 k: n' o: [& D' l注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u
' \& u; W- r/ V/ y( {9 g& @/ v![]() 所以计算得出 截止频率为- L/ H+ G3 M7 j' m
4 f0 S$ F d" V; O
# i8 N: e1 p/ E! P
切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；. j' V p' q3 ^9 |$ k& }
3 `/ N+ [7 w( V7 N
贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。& q' Q( P5 V7 w2 m8 T! H
/ y* Z: w" G M' e. \! Z
) ]0 q- F" f3 R) t1 u( s9 R+ ~, X2、运放在电压比较器中的应用
4 t4 w! m' I" W) b7 y![]() 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
) ?( F* y, B& C" }1 v: Y/ N4 Q B0 z" S0 r
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。& N. N6 H' {9 t# p
8 Z3 Y' R/ O; u9 o9 _6 ?将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
8 N# l+ q" c5 e( t0 ?6 X
5 E* u y8 l* P0 |2 `* L0 `& u该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。
2 d% q& R( f* n! d7 p: v+ I# j; y0 p7 s/ S" w) m0 l3 V
B9 o; b1 u6 p0 v' y
3、恒流源电路的设计- w1 e: t' E; U. e. h
![]() 如图所示，恒流原理分析过程如下：
* W4 \. o ?8 T# q
9 [- l9 }8 q2 {( b2 I2 P& k7 t( d) q a/ f, i3 D
U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
, Y E; k2 S2 q6 S; [& b7 w$ ]4 {7 K) I9 ]) @$ _9 k( ^4 q
由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A（上图中上边的运放）有：V3=V5；- }5 F! C# t) }, r9 m
![]() 有以上等式组合运算得：
1 |* k, D$ j; I+ n) `
% T6 s0 B! u; ~% R. v当参考电压Vref固定为1.8V时，电阻R30为3.6,电流恒定输出0.5mA。
( y! [7 I" H3 o3 g+ I1 l7 s+ |7 f( T
该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。; B* S B u+ c: d, |1 @
/ b# w* h: g# s$ l, N. \但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。7 r. [& k4 e- Y N
4 v$ [/ h7 n1 y
![]() ) R/ p, Y. q2 q) r$ h
5 g7 ]) ], r7 N' U) O
3 V5 g! b5 g2 T8 K% A
4、整流电路中的应用. u. H+ B u3 ~" p
![]() 上述电路是一个整流电路，将输入的一定频率的脉冲整流成固定的电平电压，再用此电压控制4-20mA电流的输出电流。该电路功能类似一些DAC功能的接口。
" ]+ ~6 g! B2 f8 L+ k4 r" F* [0 M1 U; x. P7 W9 k& c
: j1 ~& P, N3 W6 Z: F3 P4 w3 S/ o8 v6 Z* K
5、热电阻测量电路" P( J3 i2 s2 S; \. Z
![]()
) c4 K7 R% o0 N" E; R; k上图的电路是典型的热电阻/电偶的测量电路，其测量思路为：将1-10mA的恒流源加于负载，将会在负载上产生一定的电压，将该电压进行有源滤波处理，处理后在进行信号的调整（信号放大或衰减），最后将信号送入ADC接口。
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) Y$ i. P& z, m1 @8 K* D
9 |# w. w0 m% ]该电路应用时，要注意在输入端施加保护，可以并TVS，但要注意节电容对测量精度的影响，当然，如果在一些低成本场合，上述电路图可简化为下电路![]()
8 Q' V0 Z' E V& }* E
& ]. A i1 O: ^# @" o8 f: z0 g3 Q5 j9 ?% y. h+ C4 S
6、电压跟随器
9 Z, z" Z5 A. K: z3 R5 u在运放的使用中，电压跟随器是一种常见的应用，该电路的好处是：一是减小负载对信号源的影响；二是提高信号带负载的能力。
' _. B5 `8 D; }! f2 y \6 A& H1 n8 l' C) l( l7 t: L
![]() : _3 ~; l6 F: H$ X, K( s
上图是运用运放实现了电阻分压的功能，首先用电阻获得需要输出的电压，然后用运放对该电压进行跟随，提高其输出能力。, S( \% \4 N+ ^: H: V/ }
" L% q p/ d6 a0 ?) r
0 D! g2 U, R& l) t% E7、单电源的应用
4 U$ T1 N5 b% \4 B
: A! |$ N! O* `8 S I
& P4 X/ D& f4 b- b在运放的实际使用，我们一般为了保持运放的频率特性，一般都采用双电源供电，但有的时候在实际使用，我们只有单电源的情况，也能实现运放的正常工作。* o/ E) `7 M) E% G
% d2 R: s% A5 z1 \8 Q, ?
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
8 a9 F7 @. A8 v3 p![]()
, |' f; Y, T# t8 Y9 E, y8 Z当然，如果在要求不是很高的场合，我们可以直接电阻分压，获得+VCC/2，但由于电阻分压的特性所在，其动态的响应速度会非常慢，请谨慎使用。
2 `* I# s* n. {! g! _) s5 x( k- t5 V$ d" c
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：" y) y0 G- d3 O3 }+ K# F b
![]() ; `% Y+ @ ^$ x) u
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
1 R4 ], H0 w2 s! {( N0 Q
+ q: ]8 v5 g$ f具体应用如下图：运放为单+5V_AD供电，AD芯片的电压是3.3V（基准电压芯片REF3033得到），该3.3V再电阻分压和经过运放跟随后得到1.65V，给到运放的同相输入端# h2 p- W3 n8 s7 g: s& h
![]() 附：运放的应用要点, _' u' n8 B- B: T) L3 C, @
![]() 来源：网络 |
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发表于 2019-10-12 14:50
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