• 正文
    • 1、運放在有源濾波中的應用
    • 2、運放在電壓比較器中的應用
    • 3、恒流源電路的設計
    • 4、整流電路中的應用
    • 5、熱電阻測量電路
    • 6、電壓跟隨器
    • 7、單電源的應用
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干貨 | 實圖分析運放7大經典電路

2021/02/01
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運放的基本分析方法:虛斷,虛短。對于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;

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:

 

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。

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

 

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整(信號放大或衰減),最后將信號送入 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

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,也能實現運放的正常工作。

首先我們運用運放跟隨電路,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,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后得到 1.65V,給到運放的同相輸入端

單電源差分輸入并放大的應用

 

附:運放的應用要點

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