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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。' G! D ?1 \( ~$ F U5 t3 [
2 O9 J; I/ s" r2 I; Y+ ?$ M9 e
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。
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7 r C: a: O! U, G9 [0 O# z
1、运放在有源滤波中的应用
' B w- T4 t, m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。; r0 a7 M" t: H f- d
& }! `* I. D7 n- E- B, m$ ^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。% E& ~. H, E/ B7 ?2 c
+ k) H8 o R# [, L滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
) O& E2 j( F- w( _% N巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
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( b9 O" z7 J- m" h" }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。
* C* @7 j# x! ?4 _
6 X( m/ _) p8 h7 u8 U9 B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。9 L& @7 @5 S+ q" Y8 ^( `
! u" G! U9 a0 E6 a3 V* ]# Y
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。
3 X/ O* J! y( ]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。
9 L# [. t0 f, ]2 }! [- h* y P+ W# A; p
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；
8 r2 @) ? h6 Y6 h! w; i
4 F1 C$ m0 a: C, Y4 X& [+ J8 T& O- ?
& }/ s; ^. O$ z, P! j$ A9 P7 _- V截止频率为2 j7 \& D; J+ V2 r2 F* k5 q2 i/ y# x
' ^# R5 C Z0 R) O6 W7 A
注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u
$ _: j1 F& i. m6 G所以计算得出 截止频率为
% A4 J, r0 L& u& `6 P6 r. ^& i w3 V% _% t& g. j6 i
切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；$ l7 l. p ]+ g8 k
. p7 J, f7 I V$ |" c( c
贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
# r ?* Z3 k3 i; p% r
$ [8 m( Q/ b( H/ [6 m' h! d- _" Z$ I9 D/ x
2、运放在电压比较器中的应用, a8 H, K* g( S/ s3 a: l8 h
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。
/ U; C+ m4 z8 C- j$ C( h/ z9 n4 i0 ?" ]8 N, r, q$ U$ N: X
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
$ l( u/ Q# o1 t) q/ \
+ J% I5 S9 e* N7 X& M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。
& K+ [( `: L' C3 L* C4 c" E1 { |% X0 }' k- i) \' u$ |1 n8 c6 a
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。& Z: l9 w/ `2 x+ p ]$ J) x
# l4 |- y/ y+ Z/ H8 O4 `
3 ~) {$ j) I2 p: t3、恒流源电路的设计
, R2 ~0 w8 B8 k( w2 p' |. W如图所示，恒流原理分析过程如下：
7 @. ~: `& {; n" q$ N( z6 H
: z0 w+ e+ {! A# Z
0 f8 y$ c2 `! x% N/ e% G0 u# S- EU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
8 H" e% a& T6 ^; d2 l3 x# L1 c* r8 }: ~0 b+ A0 W" a
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；" B0 ^9 I6 F6 C/ m9 |, G
有以上等式组合运算得：
& f5 M! e, v4 l4 @7 i: J+ |6 Q/ n( w' W$ b
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。* T1 I9 u, ^8 ^5 k5 d% z5 ~
! [: P6 v) w5 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。$ q0 D5 {2 @! ^( }/ o
% J0 I2 D3 O, Z) Y7 {6 K
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。
5 @7 u. H2 r9 Z8 B+ z8 u
% @ I H" H* C* A" V B
1 I0 f8 X) y/ O/ s3 [' f: y$ G
5 P0 a# f2 U! t& y" Z4、整流电路中的应用
/ o% z7 P1 P9 Z! r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。
$ Y( W. k! d. m- ~* b2 F9 X
+ F- M3 c& Y* [+ i, f: W
$ M" d8 f9 V; m0 C' Q; O- |( p$ s- q$ d; z
5、热电阻测量电路
- t% G3 g4 ~. P! E6 P, m m6 t2 J8 Z1 t0 c8 U# } z" d
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。
% {0 ?: g: v, F. M% [- l+ n. Y9 a: T
6 q" }6 W, z! _
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
' y0 @: T, Q5 Y8 a2 z, q _ p& e, s& H9 o; e. x
$ H" N6 J, k. s4 m0 P6、电压跟随器# F6 _8 A/ s0 W. m0 q
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。; y0 S9 c/ k1 l# ]! s( b7 u
/ L# F" ^$ o/ x; x$ g! {2 ^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。0 k8 r7 @/ G. s$ P
! m# D; N; W$ `
' f* Y) B' j. Y" \# D* ~7、单电源的应用
* _; a# P4 w* `3 s2 p4 x9 R: k2 P' k i3 q* f* F
* y7 u3 V; L/ F8 ?4 _0 p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。8 y( ?4 C5 {) w) s1 B% ]8 u
" G$ b9 W( h: S% \5 f+ n首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
6 d+ ?$ L, w# \( M4 t# E5 d7 n+ P
8 w8 x* Z. |9 p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。
' I$ G# a6 I, y: k- i: c6 _0 o+ Z3 M0 C( E0 C0 h+ Y3 K3 _
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：
) q1 {! Q. {4 Z$ T9 ]. G. K+ l1 N
5 x; L& i! E: l该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
2 D0 n) @) \/ z6 ]7 l m+ C4 F, W( \3 K0 ^8 P
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6 V; m* Q! [ b/ z& [. S6 t
附：运放的应用要点
0 e( T6 U0 x0 g, p/ d k% r来源：网络 |
“来自电巢APP”
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发表于 2021-9-27 16:10
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