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常見運放經典電路詳解

運放的基本分析方法:虛斷,虛短。對於不熟悉的運放應用電路,就使用該基本分析方法。

運放是用途廣泛的器件,接入適當的反饋網絡,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於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和頻率響應也可以。

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用

電壓比較
上圖是典型信號轉換電路,將輸入的交流信號,通過比較器LM393,將其轉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合。

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

該電路中還有一個關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,對於運放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隻二極管和一隻電阻,這樣做的好處第一是防止外界的幹擾會進入恒流源電路,導致恒流源電路的損壞,二是可以防止外界負載短路時,不至於對恒流源電路造成損壞。

4、整流電路中的應用

整流電路
上述電路是一個整流電路,將輸入的一定頻率的脈衝整流成固定的電平電壓,再用此電壓控製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

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的恒流源加於負載,將會在負載上產生一定的電壓,將該電壓進行有源濾波處理,處理後在進行信號的調整(信號放大或衰減),最後將信號送入ADC接口。

該電路應用時,要注意在輸入端施加保護,可以並TVS,但要注意節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

熱電阻測量簡化電路

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。


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

7、單電源的應用
在運放的實際使用,Agingames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,Agingames隻有單電源的情況,也能實現運放的正常工作。
首先Agingames運用運放跟隨電路,實現一個VCC/2的分壓:


分壓電路
當然,如果在要求不是很高的場合,Agingames可以直接電阻分壓,獲得+VCC/2,但由於電阻分壓的特性所在,其動態的響應速度會非常慢,請謹慎使用。

獲得+VCC/2後,Agingames可以用單電源實現信號放大功能,如下圖:


單電源的應用
該電路中 R66=R67//R68, 信號的輸出增益G=-R67/R68 。

具體應用如下圖: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再電阻分壓和經過運放跟隨後得到1.65V,給到運放的同相輸入端


單電源差分輸入並放大的應用

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