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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。$ E4 [5 [0 _, `* E7 P" x
+ ^9 d. |+ O4 \! i3 w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。
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1、运放在有源滤波中的应用2 T6 K' a) b8 r: v( i* l n
![]() 8 G0 r. f" Z6 U6 a. H; S) b/ A
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。
( n- O+ f) r$ M/ G0 p
2 u# Z& F- W1 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。. j$ v/ H) c& C4 d* u- X5 B7 B
4 s: D3 Z; A; e; C滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为( t: L( o k5 P+ g
巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；4 L% W* e8 d6 P' g# p: a
: n" S1 M7 h0 a: @: b( Q2 d% }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。8 |( V6 p" \- ]. J `& L- R
6 J/ u8 j+ G9 e2 f: o" F* 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。- U! S; ^ \; J) e9 z5 @
( A# A/ S8 Z" K: \+ B$ j' 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。$ _+ Y* W$ _, p
![]() 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。9 M0 i/ i' m* \; y
7 D+ a' D b' B
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；( d4 h7 f/ Z; O f* o2 D% X
![]() ![]() 3 a: |: }) P8 Q$ F
9 K/ ^6 ]1 M6 J% ?3 p& i6 I5 ?" v
# N2 d$ y, A# d0 Y. i截止频率为
5 S4 M: Y+ [: S& t![]() ' O q! `1 i& R( C2 r' R
注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u5 t6 a8 `, t8 f m: M" i' I
![]() 所以计算得出 截止频率为
! W0 K) H' k8 }: l9 W/ U: G D
% S+ W+ o+ _2 t: b _
# K- P. _# f- I' k7 h9 q- ^切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；
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贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
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% A( h- @* o- A( y5 Y% q5 o5 p2、运放在电压比较器中的应用! l1 `5 T C& w$ A$ A7 F
![]() 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。" ]" b. |+ J, E7 Q
, r0 a/ f' y% F/ C2 v- @该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。& f- b3 q$ e9 D5 W d! l
! e$ ~/ z8 C# P# u2 a6 G) i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。0 t6 H$ \& y' U+ T4 U2 N
/ z$ n0 g/ C3 g) 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: O% ]) q* N- }- ^+ i) @9 c
9 C1 g. {. ?& h" S; A# v- r/ M
3、恒流源电路的设计
% w( I8 b1 ]' C![]() 如图所示，恒流原理分析过程如下：
) p- Y6 p/ l( o, N* S: Y) n3 G% k: y( P
0 i( @1 G' {$ |! R' b' o- q
U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
9 m1 z6 ~! H' b, t6 q/ A
1 f# |/ V3 P% g8 z" M: R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；1 i0 K, J, y1 `3 c P
![]() 有以上等式组合运算得：4 M& j8 _! \- W$ ]9 q
2 q! M M Q: K" x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。
# e7 V8 `5 y6 I5 T1 T$ ^; ~! d8 x! k1 \) m4 d
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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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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5 k# i' Q# |% b1 }
2 k5 r0 G& c b- H: P( ?0 k) v& F2 y# ~- Y" r6 K
4、整流电路中的应用
- g0 q7 d/ ^6 p1 Y' K![]() 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。2 [; `- E0 i6 [' V
1 g. M1 S( Z- e4 V: {, U' k5 h4 V W, n
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5、热电阻测量电路
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; K7 [# W1 a9 F/ z2 |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。! |6 F0 \+ w8 u9 T& {" ]/ p% `
5 o+ d; w5 }) M V
2 X9 g2 |% e% X/ A4 x! i) V
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![]()
$ a, d2 j$ q- H4 t& Z. g! f6 r: ~" K1 c/ K% ~6 q. [# U0 v+ Q5 j& k6 H
# n0 [! h: y5 B4 m. [: `6、电压跟随器
/ I0 D8 V) O: s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。
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) @" }. ?. M3 y2 v![]() + a" ^; D- E7 e6 c
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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7、单电源的应用
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3 p2 H$ p, ^6 g1 }5 m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。
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首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:& ]- W- Y( t( R2 a5 j) s( z( o' w+ E
![]() 6 y. \& j: N% \: C( G
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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+ L9 t. A+ W( ]7 G获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：
" d* [1 m' s: S![]() ( {9 e* Z( _% N
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。) K0 B& l# t! m! g$ p# K; _) d
- c' H1 C3 N% 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; a* X/ @- Q/ y. M3 s
![]() 附：运放的应用要点
, D9 u/ Y) \" l8 j![]() 来源：网络 |
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发表于 2019-10-12 14:50
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