詳解運(yùn)放七大應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

第第頁詳解運(yùn)放七大應(yīng)用電路設(shè)計(jì)運(yùn)放的基本分析方法：虛斷，虛短。對(duì)于不熟悉的運(yùn)放應(yīng)用電路，就使用該基本分析方法。

運(yùn)放是用途廣泛的器件，接入適當(dāng)?shù)姆答仯ňW(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(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(hào)）更快速的衰減，而且濾波特性對(duì)（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(jí)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(jí)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

上圖是典型信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，將輸入的交流信號(hào)，通過比較器LM393，將其轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號(hào)（存在反相，讓軟件處理一下就可以），該電路在交流信號(hào)測(cè)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(duì)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（Vr）ef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(duì)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(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(cè)量電路

上圖的電路是典型的熱電阻/電偶的測(cè)量電路，其測(cè)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(hào)的調(diào)整（信號(hào)放大或衰減），最后將信號(hào)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(duì)測(cè)量精度的影響，當(dāng)然，如果在一些低成本場(chǎng)合，上述電路圖可簡(jiǎn)化為下電路

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(duì)信號(hào)源的影響；二是提高信號(hào)帶負(fù)載的能力。

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(duì)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:

當(dāng)然，如果在要求不是很高的場(chǎng)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(qǐng)謹(jǐn)慎使用。

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

該電路中R66=R67//R68，信號(hào)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.