運(yùn)放的應(yīng)用實(shí)例和設(shè)計(jì)指南

1、1.1 運(yùn)放的典型設(shè)計(jì)和應(yīng)用運(yùn)放的典型應(yīng)用運(yùn)放的基本分析方法：虛斷，虛短。對于不熟悉的運(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)姆答伨W(wǎng)絡(luò)，可用作精密的交流和直流放大器、振蕩器及電壓比較器。有源濾波器、1）運(yùn)放在有源濾波中的應(yīng)用圖 5.2 有源濾波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）讓大于截止頻。有源濾波的好處是可以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）濾波性能的

2、情況下，將器件的種類歸一化。R230的阻值選一，這 樣就可以在滿足其中電阻 R280是防止輸入懸空，會導(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；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。二階有源低通濾波電路的畫法和截止頻率2）運(yùn)放在電壓比較器中的應(yīng)用+5VA+3.3V圖 5.3 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)

3、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)useTLC2272AIO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V1V4；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：V3V5；而 V5 Vref-V4 ?R20 R20R21 V4 ；V3V2-0? R190;/R18 R19有以上等式組合運(yùn)算得：V2 V1 Vref當(dāng)參考電壓 Vref 固定為 1.8V時(shí)，電阻 R30為 3.6k , 電流恒定輸出 0.

4、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(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。54）整流電路中的應(yīng)用圖 5.5 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C31A UII

5、AB1080R/0.4APTC+PTC+?TVS780R/0.4APTC-PTC-SMBJ8.0CA圖 5.6 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圖 5.7 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

6、的影響；二是提高信號帶負(fù)載的能力。+3.3VA5圖5.8電壓跟隨器電壓，上圖是運(yùn)用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)了電阻分壓的功能，然后用運(yùn)放對該電首先用電阻獲得需要輸出的壓進(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)候們只有單電源的情況，也能實(shí)現(xiàn)運(yùn)放的正常工作。在實(shí)際使用，我首先我們運(yùn)用運(yùn)放跟隨電路，實(shí)現(xiàn)一個(gè)VCC/2的分壓 :+VCCAGND圖 5.9 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，獲得特+VCC/2,但由于電阻分壓的性所在，其動態(tài)的響應(yīng)速度會非常慢，請謹(jǐn)慎使用。獲得 +VCC/2后，我們可以用單電源實(shí)現(xiàn)

7、信號放大功能，如下圖：+VCC4U+24A+VCC/2R66矇-?OUTIN-a R68 AA J? -* C2274AIDV-AGND圖 5.10 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)放的同相輸入端模擬量采集電路P1 JORCiiAZK4S1SR6； 1-4-rTO2?5000eiGUQ1AHC22?4AIO&WJOCAAJD AD匐 KM%差分愴人 . 址端輸出 ;H

8、FF1 ew ADAD伯用抄蠱 1.65V.伯號放大倍 *圖 5.11 單電源差分輸入并放大的應(yīng)用運(yùn)放的應(yīng)用要點(diǎn)單電源供電工作的運(yùn)放一定要加直流偏置（如圖5.11 中的 REF1.65V_AD,運(yùn)放否則運(yùn)放無法工作 .普通運(yùn)放不能直接驅(qū)動容性負(fù)載，若驅(qū)動容性負(fù)載，必須用電容進(jìn)行相位補(bǔ)運(yùn)放償或輸出串電阻再接負(fù)載?同向放大器的輸入端一定要對地加偏置電阻作為直流通路.輸出 ?:&上圖為典型的同相放大器。其中， 同相輸入端的對地電阻 R2 有兩個(gè)作用。第一個(gè)作用是通過電阻 R2 給運(yùn)放的同相輸入端提供一個(gè)對地的直流通路， 使得運(yùn)放內(nèi)部與同相輸入端相連的基極通過電阻 R 2 與負(fù)電源構(gòu)成回路以形

9、成基極電流（參見下圖） ；。R2 的第二個(gè)作用是要保證運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的外電路的對稱性,或者靜態(tài)參數(shù)的對稱性，以充分保證運(yùn)放差分放大器形式的輸入級的共模抑制能力，故應(yīng)滿運(yùn)放足 R2=R 1 / Rf。對外接口的運(yùn)放輸入端，要在正負(fù)輸入管腳并聯(lián)一個(gè)TVS管，防止運(yùn)放因?yàn)檩斎胄盘栠\(yùn)放電壓過大產(chǎn)生極性反轉(zhuǎn)，形成寄生假信號輸出。增益 10 倍以上的放大器電路 ，要注意控制運(yùn)放的GW帶寬增益積，防止器件 自激。運(yùn)放單電源運(yùn)放使用中 , +VCC/2虛地點(diǎn)設(shè)計(jì)除了直流電位要注意穩(wěn)壓（最好選用基準(zhǔn)電壓芯片輸出該值 ）外，還要確保低阻抗的交流退耦，即對地并聯(lián)至少10uF 以上的低頻運(yùn)放退耦和 O.luF 以下的高頻退耦。帶功率的運(yùn)放的輸出端要對電源和地線使用開關(guān)二極管進(jìn)行鉗位保護(hù)，尤其是掛接感性負(fù)運(yùn)放載時(shí)。在使用多路運(yùn)放處理多路信號時(shí)需要注意 ,勺瞬時(shí)變化運(yùn)放對另一路信號產(chǎn)生串?dāng)_，所以，設(shè)計(jì)時(shí)建議不要用一個(gè)運(yùn)放處理多路信號，盡可能一運(yùn)放運(yùn)放芯片基本上都是 ESD敏感器件，運(yùn)用時(shí)注意。未使用的運(yùn)放（多路運(yùn)放中多余的通道）的引腳不應(yīng)該懸空，也