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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。9 \9 t I; Q. F
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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。- ?) A- o: s0 m; ]2 F
7 l5 s3 U4 Y: k1 e9 n0 S& B( u, m. M) q( p. w# W* j6 E
1、运放在有源滤波中的应用+ C& i/ s8 I5 U) H7 h
![]()
1 }2 \5 c" Y2 |# ?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。- b" E: w. j' q
; m7 T' E5 r7 [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。
. u3 c6 ~* F1 F" H# l
( A6 n6 ]0 E# N滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为/ m$ ~. c% }- C4 @3 L7 n8 x6 J
巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
. M" }4 A; v& \9 J9 \. M4 C# a) k6 _- t6 m1 J. d- M) v& w
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。+ e& z+ I+ K) _" [" ?' R# [, i
8 m. F( K* o- ^8 _7 n3 {! ?
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。8 U& t% }' k. F
! w% M( n# t. n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。' a) m: T2 l/ R
![]() 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。
, H5 b( k& C+ z- i# ?% a {9 [4 C7 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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+ Y5 q' g. G1 S$ _ v
, K2 T- \/ c7 a, G( v# a5 V# ^
) e f* I+ ?3 F N; ~截止频率为
& I$ ~: S) l f9 s; i+ I![]()
+ v/ J( _( ?+ M* Z注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u4 k* L j8 K% M. r
![]() 所以计算得出 截止频率为
8 F3 |% ^% [* j( S0 B
( _8 n" h n3 n( h7 w
+ ? T! e. j- v p+ ], ]切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；5 J B2 U8 o: S. X! K5 W5 i
0 P$ o) \! y% Q5 d- q
贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。% l4 o! w- `$ f" p' J' N0 C; q
( z5 h2 i6 k9 _% y6 I
" [5 s3 I7 d6 X* _8 T# |2、运放在电压比较器中的应用
9 C% J2 Z" N- W) r \- @![]() 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。
& F' ]* i. z) x5 O* {* o
# o! {6 P+ L H9 ~& r该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
* s% ?: @, J8 \- X
& Q% R2 W- R* ?: R) b/ t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。
4 ~6 O4 q { z' G% ?
( Q. V ]2 | f( B9 z- p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。
: [: k( a8 p! Y+ M& e! w8 p8 O6 o5 p3 y; X" r, }
V( g' N( c: ~, @9 A2 l
3、恒流源电路的设计
3 o7 b/ Z: N# m& k![]() 如图所示，恒流原理分析过程如下：: ~7 P! z/ U4 I( |% } U
8 q- Z9 h3 N% x" c7 V
) g5 E% d7 }! zU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;! q' L+ Q/ q/ A+ d `% |1 a
5 I" \) ?$ s) a' Y; q* b& R& }% b0 \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；" ]' m9 W2 _, k) L
![]() 有以上等式组合运算得：
& X: l- Z: p. W8 h& Q
' W% ~" u( Y. D: ~6 V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。& t; w" v: a" |5 Y! ^6 B
, k% w' o; u; V6 f) {' a5 b2 v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。 w- H. W; |8 d' z' g n
, }2 P( L2 q. h1 G5 Y, a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。& W/ } x2 U) d4 _5 R
6 m* d$ [0 H$ F![]()
+ I0 I9 s% r# P
9 P3 E! b2 l, j1 m5 L0 }
- T# R: o. H, Z3 t. b4、整流电路中的应用
. `/ h) e( d7 e* h! N0 L0 `![]() 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。- O+ D/ I1 g% E& n& ?, ^/ ` ?9 V% q
4 k2 ~; z/ x4 |
( {* k1 m1 o0 {* H
4 ?8 \' A U/ e3 r$ L* e0 u1 K
5、热电阻测量电路: F5 S8 W# ?0 \5 G" A. v- a
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+ R# c9 s: m2 D1 ?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。3 }+ C; k7 S+ O0 `1 E
( w* J( S% j+ b6 }# b' O# c( X4 ?7 g! l) T/ Y2 w
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![]() " H2 B: G% {4 F
. X1 \: J% }5 x5 \
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6、电压跟随器
1 }( e0 O. ?* \7 K: g: r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。/ R& B2 f* C+ n6 w
' t' d, @1 h/ k/ q![]() / g7 b* V5 b, T9 c3 o- P
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。
. u5 b* y; D' r5 E3 ^5 [" h1 T# q; p+ r% g% s! |
* q% B; t2 I# n4 w* s7、单电源的应用* a |8 S% L7 S
( `) [6 n1 g+ i' B2 i4 r9 O* `6 u
9 _' Q- J& V" i' h
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。, q. E) V3 f6 }6 d# F2 l
* Z* ~+ |' e( }5 j, u0 R
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:' M$ ^6 g- ^3 U5 |9 _
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- _' d. V m1 T0 g9 [: q* Y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。
1 ^2 E" B/ k8 k6 t1 z/ y! }/ d4 e
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：
{# {: v5 W5 W" ~ m![]() 4 I1 y9 U; h, l! x- d7 s
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
w8 S+ @! ]% F2 H6 ]2 A$ E
& n8 `# t4 v0 I! Q, h( E4 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
' o# L5 S3 ?) m" y" {![]() 附：运放的应用要点 b/ D$ m2 {( ^
![]() 来源：网络 |
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发表于 2019-10-12 14:50
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