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西安测试20

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。

- v7 P4 j2 Z7 ?6 \- Z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。
* s1 P. C/ T" W) g6 O0 b

1、运放在有源滤波中的应用
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。

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。
$ K! X9 S& ]& p
! W' Q, |* s& Q. M滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
5 Y5 A* N( I* x+ z4 J* d巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
# U+ J: o/ H& F3 Y( `
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。

- N. _2 U- O7 X6 ?  v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。

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。
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 S( A" n7 i$ n! m0 M' 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；


/ v3 u  Y% W' j$ ]7 z/ V
- S, F3 N5 G9 ?5 R截止频率为
3 X+ Y- V0 `0 n5 y& @6 O
注明，m的单位为 欧姆， N 的单位为 u
所以计算得出 截止频率为
6 c, Q3 R6 {1 T% B0 R6 [
$ p; }2 f) e7 u' g, C  H切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；

) c" J3 A; U1 Q% ~& `( K贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。


2、运放在电压比较器中的应用
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。

- e$ e  G2 z- L$ {. o. Q, z该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。

+ N- ^  ?" R5 }5 E9 [" ~2 x# N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。

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。
) A9 c. K: i+ ?6 _: A0 Q
! ?$ c! Q$ i7 H& n
3、恒流源电路的设计
如图所示，恒流原理分析过程如下：

2 }; T8 N8 P3 x# b
8 ]  h! w5 {/ w- D, FU5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;

" g8 m! b- U. m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；
有以上等式组合运算得：
  t: X/ O$ Q! K% V1 V2 Z
' m& Y5 A* D7 Z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' R; a+ J5 ^! G% j
- `, k) o* _- \" _4 o1 D0 l3 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。
# N; W+ X! ?& _! m+ U
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。
$ O3 G2 b, n  a$ L- N5 |' q

( ?; S+ n: K; }/ f# \2 [
2 W0 I5 J2 @$ d* L% m1 q; R4 E" J4、整流电路中的应用
! f) o' W- O! N# |) c& d/ c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 f5 Y/ N  p$ B3 D* H
! u+ [3 s! i* K: g! b% }

  V0 o( `& a: ]( M5、热电阻测量电路
5 H" A! {( j$ E/ U/ R' G
6 H: Q" A4 ^5 `) A. C  p# }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。
7 i3 B1 t. C) J. E5 ]

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


6、电压跟随器
2 X4 G: R; K( S8 D- \. ^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。

( e+ H+ n$ Q, l& P/ n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。

# ?7 t. A5 U; Q4 T  q' O
7、单电源的应用
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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 ]; _# Y+ h; }5 ~8 z$ c/ u
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:

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。
4 R# A6 R/ B3 f% d0 I6 W2 `# N
& r6 j& V$ C: f3 l3 i% I获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：
, M' [$ M2 [  M3 B' g2 A. W
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
# y8 P* d1 X4 w/ E# k$ |' K
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
' R! p5 B  T2 b7 U4 }& F8 E附：运放的应用要点
+ _1 [4 i- R# ]5 T来源：网络

西安测试19

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