运放的应用实例和设计指南讲课教案

运放的应用实例和设

计指南

1.1 运放的典型设计和应用

1.1.1 运放的典型应用

运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。

运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。

1) 运放在有源滤波中的应用

图5.2 有源滤波

上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。

该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。

其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。

滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为

巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；

切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；

贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。

二阶有源低通滤波

电路的画法和截止频率

2) 运放在电压比较器中的应用

图5.3 电压比较

上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。

该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。

将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计

如图所示，恒流原理分析过程如下：

U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=;

由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而

()421

2020V4-Vref V5V R R R ++?=；

()019

1819

0-V2 V3++?=R R R ;

有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=-

当参考电压Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6Ωk ,电流恒定输出0.5mA 。

该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。

但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。

4) 整流电路中的应用

4-20mA+

4-20mA-IN

C44

0.01uF

D12

MMSD4148T1G R102

20K

-

+V+

V-U11A TLC2272AID

41

32

8

D11MMSD4148T1G

R104

10K U12XTR115UA

VREG 8VREF 1Iin 2Iret 3

V+7B 6E 5Io

4

R103

10K +5V_GL

D13

MMSD4148T1G

C430.022uF

TVS8

SMBJ26CA D10

MMSD4148T1G Q1

MJD47G

C47

0.1uF

GND_GL

GND_GL

+5V_GL 4-20mA+

4-20mA-Vref Iin

图5.5 整流电路

上述电路是一个整流电路，将输入的一定频率的脉冲整流成固定的电平电压，再用此电压控制4-20mA 电流的输出电流。

该电路功能类似一些DAC 功能的接口。 5）热电阻测量电路