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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。1 S; s  ^6 j% s+ y$ X5 c

) o$ Y) R: F7 I9 c  I, [6 D, T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。
/ f" L  p! l! w! u5 _7 f
+ l. ^8 t8 J5 P& q) m. x+ \9 o6 q8 R( A) j4 t5 @1 @  C0 ~4 ~( v  a5 K
1、运放在有源滤波中的应用, U; d, a3 c* E' g" [2 |
; D3 {! f/ s0 M. x. q
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。9 l" E+ ~8 v* j( f. k5 v
9 f7 n* F& k% A3 R$ q1 P% J5 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。  n' v7 k% i% e; Q( c* r

- M5 |1 M% V6 \$ z, S" b- q% R+ r滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为% W1 U6 D' L5 }, H9 {9 `0 @6 M  T! Q
巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；' X5 T# O: h" q0 Z3 f

1 Q' H) t% n. Z# r5 k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。
% G& _; X3 N3 [" B5 |' G! V4 @  r0 e; L7 m6 N( }6 c/ Q
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, ]4 }; d  ?. @
8 [7 Q  ^8 p; B, {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。
5 Q! y* x! Q8 N* ~$ L1 x: B. Z+ J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。
4 z4 |0 V4 W% Q0 R, c) H1 `0 o: L% ~; [1 Y8 R
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；
  D* f( [& J" ^  _' I0 A+ l, [' c. ]; X% D; m# {, ^) G2 j, H

' D8 C3 J- v+ v0 A
/ v, F& s' g2 e+ c, I& a截止频率为
, K% u1 }" B# U2 e, G# x8 D7 T3 n
注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u
. Y5 J) E7 f# E/ d8 Y7 R5 P所以计算得出 截止频率为8 Y6 c8 s& r5 P6 O; B% O# i+ v

* y8 s6 ?4 j" x7 k3 J

, U, y; k7 s' x9 b切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；
) R, z0 I0 N* C* O$ O+ Q3 b
1 u: v6 h0 H0 N1 A贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
( f0 x6 q9 A( }4 B% y7 \* }) j* `/ P0 C& v! a$ |% H! d

: j% a  B8 t' Z+ z2、运放在电压比较器中的应用
: t5 G7 ~# C1 v: ^' 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。
: m, F0 y2 b0 V$ ?7 ~, j9 f* L' I* k' g/ b# c! N
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
  a) A- z+ ^& ~$ C& f  \2 _  d% O) y  C: ?
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。
# h( l* q+ o. O3 @6 {% \
9 A6 ]" G  `1 |: ^! h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。+ x4 C8 O5 e, u( x2 P: Z

" K0 T2 C5 _# a( j1 L( f9 P5 H- r3 ?. A# y
3、恒流源电路的设计
/ z# c. i$ ?9 G0 M2 q如图所示，恒流原理分析过程如下：
1 m, V: P1 j0 d# n% p1 u6 N" d1 R

  c: Z. k1 I8 z; r$ O! pU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
) Q7 o& G4 J/ X) \1 P
8 O+ E3 g5 ?. S3 E/ W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；! }9 ]8 C& K: @, H* R6 D- O
有以上等式组合运算得：
' }7 H6 r9 T8 \9 U9 w$ t8 c0 _1 ^
. `. J8 z$ h+ L6 d# a
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。
$ m; v; Q1 s2 K- q
" D9 Z9 G! Z+ P9 k- B% s' {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。% Z7 r  ~% s0 ]& b0 j1 s0 u
# f- |- _* z6 Z0 y9 J
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。
6 j0 D1 D, {, j; x
2 H/ x0 p* L% n( p" ?/ L2 N8 A0 z: r5 ?! ]9 G! k

6 z# R+ A/ K" T8 x
8 ~. A* h+ R9 Y+ r4、整流电路中的应用5 E. \: F, o; ^- d# _- M8 P$ w
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。& |* P" i0 p% E6 b: t
  e0 q* @* B  ~6 V, u4 ^9 ~+ ]( U
( h/ R  N) ]. @# D
& k& ?& {1 m2 A( z; J, f" ~# }- C
5、热电阻测量电路! C; V$ y2 R3 C8 F* u/ |: V
& V. [  v9 [$ e" p9 N
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。
9 i4 g1 ?- ]0 y: u# D/ f
/ r% k+ w0 P! K8 X$ O- K+ w/ x' m& r
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2 K, ?+ @3 W- o$ M  j8 c' m" S
+ R& C2 k! F: Q9 |" l
) R0 m6 [: f* \; a& B6 z. ^, S
6、电压跟随器
; a4 `1 a$ P, p) F) X3 u  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。" z& i6 k# q/ q; \' i
9 }5 `% R3 B* N  S8 m3 u
3 g8 `# d% C) T' e# X- z* a
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。
. J4 l) _. N" @: n9 L. U8 J# F4 ~9 B, G# M, Z6 F
7 X& t% ]" J7 V+ c) S; {) w
7、单电源的应用0 C* m! J: A4 Q$ F# W

& A3 w5 j. f6 i; ?! M3 m: r! r2 M$ b" q% W6 y% V
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。
2 r' @' \) D( O( B6 i
, V# x1 o6 z" I6 {1 G首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
8 d. v; Q1 @6 j4 X" F+ D
3 z5 ~9 \. z! K8 b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 _5 _1 h( X0 u$ I; S. |3 U2 y3 r  {4 X7 i, |
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：
, c9 Y' H2 J( t2 `6 u. @1 f  {. \
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。& L% Q1 M" ?+ w" a! |9 q
: U! n# D" F+ `' H, ^; [
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: C; l) m- f* J
附：运放的应用要点% D0 |/ b% u. f) m5 n3 m/ y# q
来源：网络



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