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西安测试20

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。


0 r" B! {# E) U; A- s1、运放在有源滤波中的应用
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。

+ b6 K3 B% O' i. I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。

6 z' W. ~. ^8 ]7 e* B% W. k滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
- ?# w% b& t4 ?" A$ i, _
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。

, k0 [. W+ O+ |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。
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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。
/ Z) a1 D( Y$ `. E; q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( J+ F- y* I6 N, A7 i1 ^/ 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；
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  m' W9 O; o/ y4 G7 B9 u* r: C* o截止频率为

% H, t5 w6 c, x/ h- d$ `5 h注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u
" M5 p; H8 Q0 I% P, B; ^所以计算得出 截止频率为
8 s$ H5 Q) o0 B
$ B7 w+ C( Q5 Q切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；

贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。


4 \9 b: S2 @' y2 k' I0 r8 d2、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。
: E$ G' V5 N) n. N, Z
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
1 N, S* t5 v& {  w
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。

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。

! ^1 O6 R# O" T1 F$ U/ j: u7 ]
3、恒流源电路的设计
5 j5 Z$ U" Q, A8 U+ z: @$ ?' N) M如图所示，恒流原理分析过程如下：


U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;

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；
* p3 A: e( u: h* K. A有以上等式组合运算得：
# |8 J, m! v1 l. O% e5 o
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。
1 T' X- W6 d/ C1 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。
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5 l0 O0 u# a5 W0 d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。
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* B% m7 g! M% A2 d3 S
4、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。
1 e$ a  z& k6 T  l* S) j

7 C' |5 \& [( S0 A5 L
5、热电阻测量电路
, m, s  ^- B, a
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。


2 P1 j9 ]0 g$ I' a! y- x$ @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
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6、电压跟随器
. f5 V& G; F9 ^7 T! e% t% n8 t( C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。

7 ]7 K$ c' n! C( F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。
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6 R3 V' k( ]( z$ Z, a7 ]. h7、单电源的应用


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。

9 {! ~1 n* ~, D  Z首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
: [$ V. _" O' G( e& X2 `  D6 w
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。
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. o2 R# G% W; Q) y3 ^  A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 。
# a! N- d* V/ k! O3 i" t% r
. J" r# T: ]: ?- z% s) d2 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
) V9 m, |4 ]3 u$ x7 [& |, e附：运放的应用要点
来源：网络

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