運(yùn)放7大經(jīng)典電路分析

1、運(yùn)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(jì)要點(diǎn)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(shí)，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(huì)導(dǎo)致運(yùn)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(gè)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(dāng)兩級RC電路的電阻、電容值相等時(shí)，叫賽倫凱電路，在二階有源電路中引入一個(gè)負(fù)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(jì)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(shí)基本是恒定。

2、運(yùn)放在電壓比較器中的應(yīng)用

電壓比較

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(shí)際上是過零比較器和深度放大電路的結(jié)合。

將輸出進(jìn)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(gè)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(jì)

如圖所示，恒流原理分析過程如下：

U5B(上圖中下邊的運(yùn)放)為電壓跟隨器，故V1=V4;

由運(yùn)算放大器的虛短原理，對于運(yùn)放U4A(上圖中上邊的運(yùn)放)有：V3=V5;

有以上等式組合運(yùn)算得：

當(dāng)參考電壓Vref固定為1.8V時(shí)，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(jì)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(shí)際使用中，為了保護(hù)恒流源電路，一般會(huì)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(huì)進(jìn)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(fù)載短路時(shí)，不至于對恒流源電路造成損壞。

4、整流電路中的應(yīng)用

整流電路

上述電路是一個(gè)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

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(fù)載，將會(huì)在負(fù)載上產(chǎn)生一定的電壓，將該電壓進(jìn)行有源濾波處理，處理后在進(jìn)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(shí)，要注意在輸入端施加保護(hù)，可以并TVS，但要注意節(jié)電容對測量精度的影響，當(dāng)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(yùn)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(fù)載對信號源的影響;二是提高信號帶負(fù)載的能力。

電壓跟隨器

上圖是運(yùn)用運(yùn)放實(shí)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(yùn)放對該電壓進(jìn)行跟隨，提高其輸出能力。

7、單電源的應(yīng)用

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

首先我們運(yùn)用運(yùn)放跟隨電路，實(shí)現(xiàn)一個(gè)VCC/2的分壓:

分壓電路

當(dāng)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(dòng)態(tài)的響應(yīng)速度會(huì)非常慢，請謹(jǐn)慎使用。

獲得+VCC/2后，我們可以用單電源實(shí)現(xiàn)信號放大功能，如下圖：

單電源的應(yīng)用

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(yùn)放為單+5V_AD供電，AD芯片的電壓是3.3V(基準(zhǔn)電壓芯片REF3033得到)，該3.3V再電阻分壓和經(jīng)過運(yùn)放跟隨后得到1.65V，給到運(yùn)放的同相輸入端

單電源差分輸入并放大的應(yīng)用

附：運(yùn)放的應(yīng)用要點(diǎn)

審核編輯：湯梓紅