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(dan)在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)，為(wei)了(le)保(bao)護(hu)恒(heng)流(liu)源(yuan)電(dian)路(lu)，一(yi)般(ban)會(hui)在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)串(chuan)一(yi)隻(zhi)二(er)極(ji)管(guan)和(he)一(yi)隻(zhi)電(dian)阻(zu)，這(zhe)樣(yang)做(zuo)的(de)好(hao)處(chu)第(di)一(yi)是(shi)防(fang)止(zhi)外(wai)界(jie)的(de)幹(gan)擾(rao)會(hui)進(jin)入(ru)恒(heng)流(liu)源(yuan)電(dian)路(lu)，導(dao)致(zhi)恒(heng)流(liu)源(yuan)電(dian)路(lu)的(de)損(sun)壞(huai)，二(er)是(shi)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)外(wai)界(jie)負(fu)載(zai)短(duan)路(lu)時(shi)，不(bu)至(zhi)於(yu)對(dui)恒(heng)流(liu)源(yuan)電(dian)路(lu)造(zao)成(cheng)損(sun)壞(huai)。

 

 

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(zai)運(yun)放(fang)的(de)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)，我(wo)們(men)一(yi)般(ban)為(wei)了(le)保(bao)持(chi)運(yun)放(fang)的(de)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)，一(yi)般(ban)都(dou)采(cai)用(yong)雙(shuang)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)
，但(dan)有(you)的(de)時(shi)候(hou)在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)，我(wo)們(men)隻(zhi)有(you)單(dan)電(dian)源(yuan)的(de)情(qing)況(kuang)，也(ye)能(neng)實(shi)現(xian)運(yun)放(fang)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

 

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
，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

 

附：運放的應用要點

 

 

 

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