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标题: 详解运放七大应用电路设计(附技术要点) [打印本页]
作者: admin    时间: 2019-10-12 14:50
标题: 详解运放七大应用电路设计(附技术要点)
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。- n# T% B6 N) W) t; u! m0 U
& f, a. R$ c( n6 U" f
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。
9 K' u2 Q8 e9 Q0 U, U3 s
4 B5 y( ]7 A  i. j. g4 p3 h: x/ p7 n; v3 f3 X
1、运放在有源滤波中的应用; G* @: p" o2 J) l' ]
( c: c3 H' ?0 Z
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。
. t+ \* Z. @2 v3 n' M. [; S) P$ e
6 i" |/ X) w# f5 a$ ^% p+ V1 W1 \- s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。
+ F$ H$ ]9 U( U3 J  c( t- _" H- @! O
滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
7 J$ C7 f% j0 o' A/ {% L巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；1 r9 i2 e/ Q4 q( _

5 [3 s  H( C5 h0 G( F3 Q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。' v" D) W- J9 U
& X% V) X# R7 V" ]" M3 e
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。
1 |( \/ |  W# ^: z% f4 ^, Z2 p- I. d+ d0 R+ c) c
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。
  M& p9 Y, R2 l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。
  ]: o: s4 X& Q2 i
2 Z, S2 h& o, ?/ t" m$ i! e( F) c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；: L4 i* T" n$ N

6 U7 o* `9 y- a: U! F+ A' k
, |3 |9 k- D0 Q7 m3 E6 n4 ~; V7 P9 D% D$ o
截止频率为' @: ^9 r3 q5 K1 P9 E$ T

# I/ N# z9 W, ~& k3 E0 V注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u& v( f( m" ?* p1 p+ v9 Y
所以计算得出 截止频率为! F- f0 F' V& P; `4 ~1 N# W, y
. t: I- L, b/ {8 D5 c. ~+ a: I0 m
4 S+ A; P, Q0 f- c5 {/ g5 w4 P
切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；+ P' S* W+ D& I3 X6 K$ J
6 q$ M5 D+ x" g; |8 L7 \' s0 v: h
贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
* j, }0 ^. c2 H5 Z, l
* E' m& e+ s( z$ z9 N" i3 n/ |$ o/ ^9 u+ Z: B3 B6 b
2、运放在电压比较器中的应用5 ]  {" ?0 O& v% q7 Q/ X
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。
+ ^% Y3 Z7 H0 y1 }/ k4 x* y" Y1 S' d/ A
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。- q' p- f' ^! ^& n
6 X/ Z9 Z  Y% P- Y! B. \
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。
, |6 z1 n' O- v- y! U. m4 E2 H$ O- ~' l. L- L! Q
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。- N$ H$ E. H/ _! {& I" e# r

& m9 k8 U2 w" w& M6 z4 t9 J( r5 k  k  H7 Z
3、恒流源电路的设计3 J" F, _, V3 ^) w- t  n, G" O6 ^
如图所示，恒流原理分析过程如下：- L; _+ l% M& |0 t) m- S9 ~% R8 n- n
+ Y) _7 Y. x& Y" z7 P0 ]6 t$ F' Y
/ t4 l) W% ^2 J) }9 J% p$ B$ s% _
U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;2 t- C1 V: G. D! J
3 y: ~4 i% z, P) W5 s
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；2 f. ?2 ]/ g) _1 A$ H$ M
有以上等式组合运算得：
0 g  V1 `+ A, `6 @3 E4 r
  k, a! x% I9 s
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。
5 E4 ?2 g& n5 [0 P2 Z- w
- Q- U5 M6 j6 `% ~4 a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。$ T) S: R% P) C+ Z+ v, v% b

/ r" v( `( z; i* b: q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。9 i( n% }' U0 U

. `& j9 @, b! A4 W5 M9 s: A$ C2 c- {+ k) @8 R3 p' |% g' E) G$ B. V

! h1 `6 W6 @9 r, c1 y
3 G+ y& P& K( V1 J9 Q9 X% ]! k$ z4、整流电路中的应用4 N: n$ o/ P9 W3 }7 H, N
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。" a, A2 w: t4 V6 E# @( f/ Q$ W- f

. a7 u8 A* K* w- i; N; t, M5 L8 a9 k" E! B" S# a, P9 L/ K
. w, `3 O* L' ~$ v1 n0 z* N' K1 a
5、热电阻测量电路* G2 q1 T) p/ g: H! q  M: `3 R
0 `# V$ n0 N% k  P% q0 E
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 ~, P5 ~1 \& i9 [' J! a% e; D# ?' K& t, X" v$ K
" s9 d& m! X+ @) @8 T1 K9 C
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
) Q$ R' ^, O0 v- r( S& \* x$ X/ k  F. U/ U) [

; h  ^1 j* G3 r6 x0 F' `6 H6、电压跟随器
3 B* f7 e/ `' B% g; }+ w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。
0 t, E5 n" b0 M& X4 c1 t% g  C! e- z  c

* p) Z5 @3 i$ n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。, A, b0 p0 N7 ~1 u3 t7 }

5 p7 j9 p1 X" \0 z% t
( c3 x, d* s: V9 M7、单电源的应用& m, {$ G; H) a" N& o/ H

- T1 m# i& D4 {
% M/ L' ]! Z* i7 t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。
  u* w* e1 ~. Q0 p5 n% e
4 A4 j4 V2 }& u% A  X8 \0 M首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
3 c/ \. c1 b1 R1 a9 ^$ j; U7 U: `" U8 R$ ?6 l
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。; [# H: l( f5 _7 x

7 X4 y  h; C0 ]9 I* k获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：
* a! X) u9 F; z% e+ X: O  U1 o/ {1 }( K7 M
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。: E& p2 l( G* I
  |2 Z. }+ U. B  {
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
5 S; N' l/ J+ p+ P% ?附：运放的应用要点9 _5 s6 T( I" t
来源：网络



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