運放應(yīng)用電路分析

運放的基本分析方法：虛斷，虛短。對于不熟悉的運放應(yīng)用電路，就使用該基本分析方法。

運放是用途廣泛的器件，接入適當?shù)姆答?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)，可用作精密的交流和直流放大器、有源濾波器、振蕩器及電壓比較器。

1、運放在有源濾波中的應(yīng)用

?

?

上圖是典型的有源濾波電路(賽倫-凱 電路，是巴特沃茲電路的一種)。有源濾波的好處是可以讓大于截止頻率的信號更快速的衰減，而且濾波特性對電容、電阻的要求不高。

該電路的設(shè)計要點是：在滿足合適的截止頻率的條件下，盡可能將R233和R230的阻值選一致，C50和C201的容量大小選取一致(兩級RC電路的電阻、電容值相等時，叫賽倫凱電路)，這樣就可以在滿足濾波性能的情況下，將器件的種類歸一化。其中電阻R280是防止輸入懸空，會導(dǎo)致運放輸出異常。

濾波最常用的3種二階有源低通濾波電路為

巴特沃茲，單調(diào)下降，曲線平坦最平滑;

巴特沃茲低通濾波中 用的最多的是 賽倫凱樂電路，即仿真的該電路。

一個濾波器，要知道其截至頻率是多少，或者能寫出傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)也可以。

如果該濾波器還有放大功能，要知道該濾波器的增益是多少。

?

?

當兩級RC電路的電阻、電容值相等時，叫賽倫凱電路，在二階有源電路中引入一個負反饋，目的是使輸出電壓在高頻率段迅速下降。

二階有源低通濾波電路的通帶放大倍數(shù)為 1+Rf/R1 ，與一階低通濾波電路相同;

?

?

?

?

截止頻率為

?

注明，m的單位為 歐姆， N 的單位為 u

?

?

所以計算得出 截止頻率為

?

?

切比雪夫 ，迅速衰減，但通帶中有紋波;

貝塞爾(橢圓)，相移與頻率成正比，群延時基本是恒定。

2、運放在電壓比較器中的應(yīng)用

?

?

上圖是典型信號轉(zhuǎn)換電路，將輸入的交流信號，通過比較器LM393，將其轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號(存在反相，讓軟件處理一下就可以)，該電路在交流信號測頻中廣泛使用。

該電路實際上是過零比較器和深度放大電路的結(jié)合。

將輸出進行(1+R292/R273)倍的放大，放大倍數(shù)越高，方波的上升邊緣越陡峭。

該電路中還有一個關(guān)鍵器件的阻值要注意，那就是R275，R275決定了方波的上升速度。

3、恒流源電路的設(shè)計

?

?

如圖所示，恒流原理分析過程如下：

U5B(上圖中下邊的運放)為電壓跟隨器，故V1=V4;

由運算放大器的虛短原理，對于運放U4A(上圖中上邊的運放)有：V3=V5;

?

?

有以上等式組合運算得：

?

?

當參考電壓Vref固定為1.8V時，電阻R30為3.6,電流恒定輸出0.5mA。

該恒流源電路可以設(shè)計出其他電流的恒流源，其基本思路就是：所有的電阻都需要采用高精度電阻，且阻值一致，用輸入的參考電壓(用專門的參考電壓芯片)比上阻值，就是獲得的輸出電流。

但在實際使用中，為了保護恒流源電路，一般會在輸出端串一只二極管和一只電阻，這樣做的好處第一是防止外界的干擾會進入恒流源電路，導(dǎo)致恒流源電路的損壞，二是可以防止外界負載短路時，不至于對恒流源電路造成損壞。

?

?

4、整流電路中的應(yīng)用

?

?

上述電路是一個整流電路，將輸入的一定頻率的脈沖整流成固定的電平電壓，再用此電壓控制4-20mA電流的輸出電流。該電路功能類似一些DAC功能的接口。

5、熱電阻測量電路

?

?

上圖的電路是典型的熱電阻/電偶的測量電路，其測量思路為：將1-10mA的恒流源加于負載，將會在負載上產(chǎn)生一定的電壓，將該電壓進行有源濾波處理，處理后在進行信號的調(diào)整(信號放大或衰減)，最后將信號送入ADC接口。

該電路應(yīng)用時，要注意在輸入端施加保護，可以并TVS，但要注意節(jié)電容對測量精度的影響，當然，如果在一些低成本場合，上述電路圖可簡化為下電路

?

?

6、電壓跟隨器

在運放的使用中，電壓跟隨器是一種常見的應(yīng)用，該電路的好處是：一是減小負載對信號源的影響;二是提高信號帶負載的能力。

?

?

上圖是運用運放實現(xiàn)了電阻分壓的功能，首先用電阻獲得需要輸出的電壓，然后用運放對該電壓進行跟隨，提高其輸出能力。

7、單電源的應(yīng)用

在運放的實際使用，我們一般為了保持運放的頻率特性，一般都采用雙電源供電，但有的時候在實際使用，我們只有單電源的情況，也能實現(xiàn)運放的正常工作。

首先我們運用運放跟隨電路，實現(xiàn)一個VCC/2的分壓:

?

?

當然，如果在要求不是很高的場合，我們可以直接電阻分壓，獲得+VCC/2，但由于電阻分壓的特性所在，其動態(tài)的響應(yīng)速度會非常慢，請謹慎使用。

獲得+VCC/2后，我們可以用單電源實現(xiàn)信號放大功能，如下圖：

?

?

該電路中 R66=R67//R68， 信號的輸出增益G=-R67/R68 。

具體應(yīng)用如下圖：運放為單+5V_AD供電，AD芯片的電壓是3.3V(基準電壓芯片REF3033得到)，該3.3V再電阻分壓和經(jīng)過運放跟隨后得到1.65V，給到運放的同相輸入端

?

?

附：運放的應(yīng)用要點

?

?

審核編輯：湯梓紅