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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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0 A- l" o* J3 ?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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9 R/ U8 t8 _6 h: S" ] @1、运放在有源滤波中的应用" c9 ~. W5 M# A. Y
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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。
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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。
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滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
3 a+ S2 v$ V7 R5 D; K0 ^巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
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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。! L8 L* r# g6 y' p1 \$ W# S
. N0 H1 H5 t6 `9 K' G0 p
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。* S/ w& ]& K+ P8 U6 }2 ~7 d6 h2 ^
) }6 a( Q9 k7 a5 V% u$ u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。2 ]6 \% U, Q n
![]() 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。- W# ^. g, g# \
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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；' F2 r# m6 S( I/ o# B. ?) k# a
![]() ![]() ; z+ ?' n6 v* k/ X6 g0 {
& C8 d7 l% s' M6 s9 `! a; f" I7 w! E
( g4 _( o- U; l8 ?5 p* M1 Y9 R P截止频率为$ b) ^* a9 R; P" G4 Z: b
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& T7 e7 j, _2 }; v" v注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u9 t3 i2 ~* \5 @) k4 w0 _- [: p
![]() 所以计算得出 截止频率为( V2 a4 B4 F# e, M' V
- F1 s3 c& x8 a2 h0 K1 o* F
, E' G" I4 o3 r$ i" i1 J- S! A
切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；0 w6 ?8 { o6 B/ R0 { \ Y
8 {4 Y6 b! @8 H; n) {4 ~: x" a, Y {
贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。" K! p/ W' E0 e# }! w f+ N
# H! a) u2 O+ {5 ?* p, T/ ]- Z! r: M( X1 y
2、运放在电压比较器中的应用) q4 F7 F* z; u
![]() 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。+ u1 L$ ?- h4 m' P! F7 i' S3 ~
* P; }4 [4 g3 n1 v$ p% ^% u
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
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# }/ m& N r$ p& M$ m D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。
; C, e+ ~! ~1 M( }
8 v$ r6 S3 c$ H# D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。
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8 s* B2 o) Z3 ?8 @) K+ I: D1 i3、恒流源电路的设计
! q$ a' D5 G3 |& ?6 C![]() 如图所示，恒流原理分析过程如下：
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" }! k2 k4 A) x& l
" @3 w! }4 d% m4 i1 Y. y! N mU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
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/ H5 g9 u i P% l/ |, m& t- i5 w8 Q5 x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；+ g: y, D+ c9 e C. b+ f
![]() 有以上等式组合运算得：' S- N: v7 e; A% N4 D
, O) N A7 N7 C0 Z" 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。) I ]4 f9 Q1 f
+ r* Y& o. U. H Y& I/ W
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。: }, d& f+ _* \$ R% Z5 ]5 z! f
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6 \4 K2 c9 g# w; K4、整流电路中的应用; ?" u9 i. S: U8 M# p
![]() 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。8 ?8 Y! `" P# ?7 j
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7 O- k+ o1 Y- F* t3 k0 R2 b
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5、热电阻测量电路! ^9 u# w6 t, L3 E
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" L" [3 E6 J6 T+ k9 I3 q9 m8 B" E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 E A9 T* w4 _- Q$ M7 r5 B
1 j8 \0 `- {' w/ t5 i) M+ c- L8 E$ A; [$ Z4 h4 g8 B Z# Y
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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1 ^ z# z: \3 v
1 E7 d* O4 q) o8 A, S6、电压跟随器9 ?. J* D; s! C% `/ 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。
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# s4 f1 }& q" m8 H![]() : M. |& E2 s+ D5 K
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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1 Y' q1 R3 ~; z3 s- r6 `9 Y8 F. U; F
7、单电源的应用- {3 p6 O: n( M |+ g5 u) g4 T
% _! y0 X6 g6 I7 w' t) V
* P- P' t! L& B( T" q' U$ ]/ v; d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。* L' y! z3 R, g
2 T# r6 x3 W( v/ C* m0 h6 R
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:4 I, j6 g! f- O7 ^* s
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+ `: t8 J, T$ P* w8 P" _" I3 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。& p; \; y5 c+ _8 ^$ T
& u( Z) B3 b: U( n' L" y- ]
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：9 a* I! g1 f# z/ {2 @/ n. q
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该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。6 |- W1 o/ q* _
" X) P& S5 D: j, ]" `
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$ @3 D' j) x6 E9 {/ S5 z# L: G3 d
![]() 附：运放的应用要点( [& ]( k( O8 w1 Q
![]() 来源：网络 |
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发表于 2019-10-12 14:50
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