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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。$ M4 B; A# p' x
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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。
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1、运放在有源滤波中的应用" G- ?! m9 t9 }3 E; K, g
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。% W1 P1 R3 r- o1 {
7 M9 j! _1 F, M$ V1 v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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# K4 r4 i4 d- @$ ~; ~2 Y5 V滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
7 c) [/ Y R: a3 j9 S! z+ G巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；- t+ h4 Y* X9 J; [' s, N
* U" Z! O- M4 D) z1 @
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。
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) p9 n5 ~' r, u. V0 X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。" k: I) T% V7 @& ~3 S
" X( @+ [6 O) C& 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。* j% D2 E S+ C3 }, s( i. t( C
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。
5 H3 @: S) k, _, I* V1 [- S/ Y. L8 o4 x
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；* w3 J/ v, v. \& D2 I
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" x5 A) b M4 e% h) _
: J# q5 g9 |; W L! z) \# `截止频率为
+ Q2 k6 \# \- X5 q# [: `
+ ~' X2 h, g2 j; _3 V# S注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u; f% z- Y- X9 C6 w3 F+ M; Q# `
所以计算得出 截止频率为
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切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；
0 j; b" j: \* ^# ?8 f6 K3 t
+ | h; L4 n3 R( d贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。$ h2 ?& Y/ g2 P5 ^" Y+ y# u
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; }; {- W+ I; K1 M, p s- N2、运放在电压比较器中的应用
1 H1 K' d3 I2 g. k7 r) J" j2 z+ c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。0 C( P4 _$ ?0 ^% _: c# E/ g& t0 l5 `
% R8 A1 y$ f/ Q- J! G& @" v该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。! S% k% P9 v5 p, |6 a9 e! b4 F9 M+ D
/ G" @$ t0 X3 Q+ d) 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。
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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。6 s0 v/ b' N. i0 Z# q6 L0 N
7 \& @/ k5 P; h% x8 h3 D
+ i { U" B1 v
3、恒流源电路的设计 c+ P4 }& q$ g; A
如图所示，恒流原理分析过程如下：
- A* | g5 _2 f, C' N6 f2 N) m; l! \8 m) _( W
/ N* W: X1 |: e8 r4 L( B( rU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
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! F2 G1 T5 W9 O7 I& t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；
6 P9 h4 A# f( \有以上等式组合运算得：
% A1 E0 ?) M- _) i! x) {
! x: |! D6 I& Y9 D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。
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0 r, }, G% f; E+ ?0 ~ 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。
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7 Z8 k6 H- d8 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。
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! v" R/ [4 Z3 h" W$ [; N5 {$ x% G9 f1 E7 {: @5 s
4、整流电路中的应用8 T5 G9 c0 {& x$ `
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。
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6 V' u9 }( \7 K% a; A. F5、热电阻测量电路
X+ I6 n; P4 a0 ]& A* V% a: U
, g& {$ \ K4 U( _6 Y( O5 J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。
) U) w- g: K/ o" t) a7 ^& S6 s: I( Z' R2 w. W" Z) x# X
/ Q7 _2 A% V! n( c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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8 u9 r6 Q0 e$ j+ ?6 h6、电压跟随器
! V, j4 q/ `' E: s" G* }. \0 J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 x$ B& ?+ R, Y6 b
% h& J2 Q( B0 m
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。; X( Z& D: n7 e5 _
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7、单电源的应用) K6 l- P8 g2 {: Q
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/ B7 D1 g9 b p- n, R; W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。
2 a! u, ]' k& V8 F+ M+ s
* Y2 k/ W! z- z- C首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:; y- @/ _7 H1 d
/ a1 f7 u- ?# E9 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。- N, }: @4 l0 W' ~$ w S% D) n4 i
& g9 ]: F6 F, X" e) p ?8 q4 ?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+ C# H+ E- n1 M
1 y3 ?- v' M2 O" T S5 w u该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
; x' E! z+ `5 C6 [4 q0 Z! \! ?$ j( i
3 ]$ M# k: g. W! c/ S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+ r8 X) w. S/ N- h
附：运放的应用要点
9 z- s- r/ u2 U! {9 b来源：网络 |
“来自电巢APP”
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发表于 2021-8-12 17:55
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