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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。
3 ?# l- y7 \" e4 c. c% \, B) Q0 q! @0 C2 A9 v3 d
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。+ R' \6 K( d( a; [; n7 W
; ]9 ^( { M. M6 f; [4 \% X: ^$ @: n7 V7 n. U' Z
1、运放在有源滤波中的应用7 v) O( l5 W3 Z/ R! u3 Q0 D
![]() 4 X ^. [/ s2 g+ y1 {
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。; H! @- ~ J2 Z& `* b" V( p
: Q' L, v" h7 T0 o8 E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。9 ?& G/ W* p ` v
6 x6 `% C' p$ _* A U; Q: c滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为- y' Y6 E3 |8 J4 W
巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；) A8 m3 M N2 V J7 ?3 t
5 E* h8 \3 i% t1 j2 D5 a
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。
6 V/ Y5 i( F) R: M8 q0 w
1 `- c! ?6 D5 D, t1 Z& a7 r# l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。0 j; ~ R! O8 ]
* C, N2 ~* }: o$ ~ \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。
. h1 _: S: v7 G$ C; b5 t, I![]() 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。1 B' W0 M2 \6 Y5 E
# Z6 x$ @: z1 e* U4 \" m, h
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；
. C6 r, ^5 F4 u$ S& s- h![]() ![]() . l8 D. q9 `8 @4 e1 ~
* n! O1 H1 \" G' M+ t
' i# c( I6 q! \- B
截止频率为
9 G, N+ p+ N' o9 n% M% n![]()
$ d- S9 `! K% ~9 f6 K% ?注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u. S+ D2 r5 K& t+ r; F( ~; S4 _- ]
![]() 所以计算得出 截止频率为
( G% ~8 Y9 e1 w3 \8 r/ D. P2 Y# J, |- m: ?' s! |
! v$ {4 w4 J8 T. l& W) b! Z切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；
, B0 i9 I% c: U) e) F2 O
3 m( }7 S4 N4 R' I" X/ P4 }* F' z4 H贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
2 F/ p$ F- ~1 g) u) ?6 A
% S4 b" _- Y/ l$ c( v k D5 P4 ?5 r
2、运放在电压比较器中的应用9 t1 K3 M6 u5 y9 t, ]
![]() 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。
2 {1 U8 H8 r9 d6 A# J; c: L k$ v @- |) W
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
9 n6 m# V( f( q& q1 N9 g% m
1 p0 V9 P9 ~ s0 O8 t+ z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 l8 P2 K, Y( d- }2 y
: O" r5 z, Y( z3 v! b3 @
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。7 [/ i1 B7 I8 O& n8 W j- [
/ m4 @9 t4 L! W8 s
+ ]; |, \) ]8 D' u
3、恒流源电路的设计
d, s7 T* ~5 z; [3 B8 M![]() 如图所示，恒流原理分析过程如下：
1 v- A+ N y+ [) A$ E
2 \0 M: `& Z7 Z; G1 i2 o: Y
- l' K- @9 D# y% OU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;# ^9 Z; g g9 G0 s) [
[' s$ j- U8 k K. S" I% c
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；
/ C6 w0 t' O" I% h$ V![]() 有以上等式组合运算得：1 X" V- U+ G) X, `, r% z
0 A& S% q" ~- t: @5 U/ G
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。) l/ c- ]* r' z9 D0 h7 k; K
- T- a0 w& P7 T- h0 E& p! K# O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。
% f' `5 X( V% n8 H
: x$ E( s; \( B% {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。0 L U. o" u( c" c: W
, k: X6 v. L3 o5 R! M9 [* `0 A- K![]()
; C, [0 t; r2 C+ ^0 h4 e
& {% ^5 x8 k5 w, ]
2 p$ z- M4 j) s8 L4、整流电路中的应用
) Q+ b$ Q) V2 f![]() 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。. O3 Y% P v9 {5 L& l
0 ? Z$ i, e: u2 u% k& {3 e: b+ b! a" s# ?+ ?2 w+ o
( I& n. D9 t1 C7 m K: z5、热电阻测量电路# h: [* V m3 d4 ~" n
![]() : u$ `8 p' T* E( C8 q: U
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。1 }) j# c8 ]( F5 R
$ D, L' s% z5 A& j- e: g( d M7 v. X( i
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 b6 {, W+ r" }* Q: ]6 O
/ l& f% m7 I# u; Z6 x8 ~0 n) i7 E7 \! R
6、电压跟随器
! G+ K4 D; ^$ {: o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。3 L8 s' t( P2 `8 C3 N5 W% ?2 V
6 i8 R. a, D: X) N8 R![]() + w* L4 {2 O$ R) K( g
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。
* h6 n7 W$ Q6 K5 g' Y3 p, b4 x9 h3 W+ j
" K3 B) l# s" ?, U7、单电源的应用
, X. G8 ~$ A3 |! X5 V& ?3 b) O3 s) ^# j/ V! {0 `
; n3 D. V, r: g8 [ i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。
5 I7 ~' ~9 I: e/ E7 P# c8 P8 p$ j; V, }! |% u6 k5 ] X3 A
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
! o7 M/ F0 v+ I![]()
9 u% N& x* k. O0 d R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。7 E I* b6 u8 q+ t- m
6 i- T, M/ [8 I* y6 n: @
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：1 E! `5 K. V% l) V
![]() # L0 _1 g$ _9 Z5 H
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
; Y- E% S' M7 K8 p4 d& F m6 J
/ }- f$ ?% Y, Y1 _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& x. g, g/ Y! X2 l \1 r9 N" x
![]() 附：运放的应用要点
' F9 h0 i1 d/ s9 i$ ` j![]() 来源：网络 |
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发表于 2019-10-12 14:50
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