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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。
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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。* M" I: \- W' i& ^: B- @
- ?3 |4 ^* n& t% ~* S; `8 ?; o
6 N3 z0 I3 @2 E) o; p$ @ b" h1、运放在有源滤波中的应用
" ]) S7 i* Z+ L3 W1 R. B L' b0 B9 V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。
# S6 ^) _( f+ q' {7 x& m5 L9 |# n$ `# v1 k3 m5 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。
' x5 q, m6 F5 y# H
- _; c8 F/ U5 i4 }( y! V" u滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
: v# q* V% O* V- {$ P4 H* Q巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；+ z6 |& W/ c; [2 Y
' n+ |6 ?# W. {2 u
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。$ d. ? @. ^# w& A9 C) A/ w2 g( y
], Z7 ~, A0 h9 w. X9 B) r; T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。
. y7 t1 h3 L& n# t3 j4 ^( I- M7 O. T
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。
4 g$ w7 u& q- ]1 h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。
0 Y3 ^: f" q/ ~! s
9 J. E) O% T0 G2 m) ?/ j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；
& h& a5 ]- b2 \0 U
& A) d& V; w3 @7 Q2 h) |1 P2 u0 j* k z! ?: b* g% }5 C
1 [% f# y- ]" L2 \% S! U* t截止频率为$ i4 w( p8 k/ N0 m! ?
$ ^# a# {0 b: d- f( w
注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u9 N; Y" d! H. [" F
所以计算得出 截止频率为4 [" B) v0 k. u1 O! J
7 f; S I! u$ z
切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；
8 @- m( T8 F; V: `/ e- T) d" D
7 h* R& _7 ^2 p贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。( N& ?; K4 K Q. q
/ ]/ }5 D" ]0 O3 n* J$ p: O) w* [. X1 [- N8 W% P5 |- E+ P
2、运放在电压比较器中的应用
2 L! r* p* j, V9 M6 B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。
( l, O' v1 Z$ N2 _& U: V0 R; n! f2 r2 e2 z0 d. v9 L$ I3 V( @" G" K5 z
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
3 D e, f4 q6 w1 K5 X
) R" F5 W+ U# Y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。
7 `: l% o, i+ U/ R" D/ t" ]. V3 o, z4 V5 x* ]
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。. _" B; v3 ], }( w* @) ?
: g( ~8 C! A& @+ v5 g2 b) @9 d; g% R/ ?
3、恒流源电路的设计
" n+ H/ s6 S3 O! s. W( `& u如图所示，恒流原理分析过程如下：; d7 i( q/ o( B8 o8 G# P$ T
6 R2 q4 c8 q3 m7 s0 B+ [' S. f9 l2 p0 ^7 l- v( B+ t/ ]
U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;* R) A, u$ `" C- v) ?* D
6 l. b u1 i" U) }1 @3 b6 z+ a) \, O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；5 r$ O: ~$ }; q& d
有以上等式组合运算得：, w# g1 a4 I$ q. p
# [$ r3 N# o$ n# N; U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。4 ?) J. |& v2 L8 ?0 ^: j
: M& K) u* F K# @4 h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。
, l o- G9 y- K: M- h1 h9 J" w* W( J4 @/ m
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。
) T3 [. ^0 {( o7 b* w: v' k/ q" M* R) D1 t9 L! H/ n
- [' F8 w% g o# R. ]3 P% k8 H6 I# q2 d; H( P5 q" t2 L
4、整流电路中的应用
* X E U8 o; {7 R- e! @' o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。4 {3 Y# e0 `/ {8 d
# _3 s. i3 O( K/ v" J- E: X' w
/ ?, j4 R1 C1 {! `% Q. k" v; ^4 n9 r2 k4 H6 M- t
5、热电阻测量电路7 y( O; Y' h9 i
3 I! ]5 j0 c$ z1 T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。
' D% k5 b2 c' u- x
3 u' c1 X. U/ w9 E8 l8 x
& y" G6 K5 J5 M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5 o4 j8 w* y+ |" `' b8 p
3 c x5 C3 q9 I2 l
5 l3 s: r8 E% c2 @, {8 i6 R6、电压跟随器
Y3 u ~9 [; e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。
6 Y# U7 G' ?4 i6 M
' k8 J! w4 a3 a3 D1 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。
' S/ V6 x# o3 m7 N. t) K. j/ f+ U* V6 @! \, [
( s' `& y& |/ n$ m! f
7、单电源的应用0 z6 r$ t* p' t. e) S% S9 I
0 |1 x9 r1 h* l4 h7 a
+ b- r' C7 S5 T' K2 O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- U# ?( l6 H3 u/ a3 p3 Z' L; x7 [5 e
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压: Y8 }" W9 [- n. o. Z- S8 U% A
6 n! \, W$ r4 E1 H6 _) g T1 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。: T, R9 D7 a- A9 Q& j& O
/ X. X, q* U" 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：) |& n/ a/ P7 W: b5 h) O( B
3 c3 e, a# ?- Q A( W该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。" W- y* C1 j* s
$ B$ i% E( h- p9 _3 w4 F5 |
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 D! ?. A/ G# I0 j9 u/ e
附：运放的应用要点
9 I/ m. ~# r; q: M3 k' Q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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