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西安测试19

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。
4 w. N" m; @- J. e7 y
" d' `7 u# _0 v' N) A) A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。


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。
& c, ?, e6 X3 r, r
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。
# P- _3 t2 _( v7 F8 b- v' w
滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
( ?$ b/ L: c( g# m- l& U巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；

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。

- t6 f; d5 c  Q, F# E2 `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。
( A  E7 L! X, Q7 e* x) n
( h7 I5 l, l' y3 l' l$ @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。
% v$ \; F( A4 R3 }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。
+ u9 T/ Y3 I+ ~8 `2 c7 w; m) G- y6 }
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；
! i# i( c% K. G) h


' v" `2 C9 J# m3 h截止频率为
/ r7 d0 a5 L1 O/ ^" ]5 `8 l: }% z
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
/ c5 t' c% ], d3 y* V* l3 q; q
切比雪夫 ，迅速衰减，但通带中有纹波；
, F, Z5 {, \8 f4 g9 L0 }3 _
贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
9 s  E% {; f5 f# \" A! |( h. `6 w  T
5 \: P) x2 O" p, A; Y
# Y% I" Q1 c  N8 v8 j$ Q9 \7 I$ G2、运放在电压比较器中的应用
' l# H; I: a  L6 u( o3 C4 w2 D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。

3 R) H1 @0 s0 [' t4 P8 M该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。

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。
) t% ~4 ?8 @  g+ w8 M$ i* g6 h
- w1 l, O) G$ W/ f# n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。


3、恒流源电路的设计
+ s3 X" c$ [/ K: H5 i: D如图所示，恒流原理分析过程如下：
6 Q- S! Z4 P4 Y+ V  S1 A
% Z1 C8 Z  F6 H- V- O
U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;
  z% M, r' B1 D8 `/ y$ {! C
: C7 G; }0 @; ^; d, [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：
) W+ E6 G5 z& J8 E' ~! h0 |3 A
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。
9 k5 N& C6 l, M* z5 Y+ z) S
. |' l9 i' c* `5 I& B$ 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。
: Q7 I8 ~  K  b/ W- x' W$ J( m& k
- R; ~' J8 W6 H8 H/ 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。
9 U5 m# x7 X0 v6 x; S3 t6 L' E( q
& @# U5 @( n0 S: h( v: w
6 {3 e4 ~& r5 z% s
6 g* _7 F4 e  W; Q( G" v4、整流电路中的应用
: c3 G; v; m( D2 `2 Z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。



5、热电阻测量电路

' ^" i7 e1 y% a0 ]$ D$ O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。
# C2 n" Y) v9 C4 }) K! K( \+ U

9 v" {5 w5 z& F5 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

+ n* f* l7 _6 d! e4 M' q# |
6、电压跟随器
" Z/ ?/ X; d/ S1 I; d2 |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。
2 H8 j1 b, V# M! J
) E- k  e, n3 x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。
& l, }; I/ d- V! Y0 ^: G% W9 Z

% e8 R9 P& ?1 s/ q2 w* J# F7、单电源的应用
8 j! h; c( ]$ y( k4 d6 W
1 R; j6 k' H8 C: e  r
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。
, m& ~4 b' l+ `8 @3 C0 |) I
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。

获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：

该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。

' B  a$ ~1 q: p2 y9 ], {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
# P) p0 {( c# ~0 W& o6 O附：运放的应用要点
来源：网络

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