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西安测试19

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。
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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。
" `) b) U4 c; p$ h

# ^  H& q$ h% h/ b& u- t6 t1、运放在有源滤波中的应用
% h# }6 {4 |: v/ w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。

7 ?; t6 i" k7 e9 b6 T+ y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。

7 o$ b& g- a8 M/ c+ l% e# Y, H滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
: m4 M& X/ v4 {/ p4 P$ X3 e' D: ^7 e巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；

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。
* I8 W7 G0 x/ C& v2 d
9 r0 ?4 Q- Q4 v6 F: {7 l+ |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。

: G$ [- ?3 i1 S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。
0 \; D- k+ u" l! @3 y0 y  E2 B# a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。

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；
9 O6 ~6 B& o1 U) R. q


截止频率为

注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u
# r7 t2 k2 ~" ]* \所以计算得出 截止频率为
- z* q: @0 W4 q" [  f* h5 N
切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；
6 L) t0 M- q" t; t- f/ F/ a* v
+ E/ s& K  i" Q) T* D贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
: M0 p2 u6 s" Y8 B7 @: I3 V; O

1 Y$ H. u( U0 k- N' F* r2、运放在电压比较器中的应用
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。
9 L2 j# W- g  C' M4 W
0 S0 y9 Q' P6 o2 U% D/ p1 z该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
$ m5 t: k! _" y. z5 M$ O
6 F. k: E# p7 e* I! R' A& @4 Z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。
4 C8 j; a3 R( b) V3 x! }
" n1 ^, U( {6 f0 y0 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。
) R( I( V. o& B
: s8 U+ Y: E  R8 Q: ]2 _0 a6 x
3、恒流源电路的设计
如图所示，恒流原理分析过程如下：
6 E: I  x5 L/ [; N( F/ G3 I

/ e% Q1 S0 Z' {0 F( Z( d6 t9 q8 d7 M/ FU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
3 Q& n0 M4 I7 ~% q7 D) T: ]2 c
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；
有以上等式组合运算得：

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。
# K1 O9 A" y5 i9 s' h
, |5 i0 j6 D5 Z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。

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。


; [# b5 H% ?9 C% r- j" L& U9 X' d
( q: [2 m8 y" C4、整流电路中的应用
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。
8 l5 A5 v: U& G3 N6 I# n& ]) \


6 S' i: n1 P$ V0 b7 e5、热电阻测量电路

( a1 L0 e0 J( C7 w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。
! j/ L! c# w* `9 U+ D: X* k

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

3 |% s8 n: R5 l
2 k( P7 i9 c& X' b6 I6、电压跟随器
  l8 P! K: O+ h4 X; G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。
  v6 l) a5 N1 v. E, l1 J$ U
) o8 V7 E, z) ]2 ~5 R4 \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。


7、单电源的应用
( }' o, i: ~/ a) W' I, N% e
, L( v" m, z0 y5 c: ~
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。
6 ]) V, ?% L/ @! s
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:

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。
+ M" j# b* v+ c  S2 b7 ?6 {& B, y6 ^
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：

该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
: \9 t4 V$ T( P% @) o: I1 U
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
  t0 @1 j! O8 c/ ^附：运放的应用要点
1 R! p7 J: F. e2 G$ p, s来源：网络

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