运放的应用实例和设计指南.pdf

《运放的应用实例和设计指南》 运算放大器（简称运放）是电子工程中不可或缺的元件，具有广泛的应用。本文将围绕运放的典型应用和设计方法进行深入探讨。 运放的基本分析方法包括“虚断”和“虚短”。在分析电路时，假设运放的理想状态是输入端没有电流流过（虚断），以及两个输入端电压相等（虚短）。基于这两个原则，运放能被用于精密的交流和直流放大、有源滤波、振荡器以及电压比较器等场景。 1.1.1 有源滤波 有源滤波器利用运放构建，如赛伦-凯电路，它是一种巴特沃兹滤波器。这种滤波器能有效衰减高于截止频率的信号，并且对电容和电阻的精度要求较低。电路设计时，应使R233和R230的阻值接近，C50和C201的电容相等，以优化滤波性能并减少所需组件类型。此外，有三种常见的二阶有源低通滤波器：巴特沃兹、切比雪夫和贝塞尔，分别以其平坦的通带、快速衰减和恒定群延迟特性而闻名。 1.1.2 电压比较器 运放也可作为电压比较器使用，例如在图5.3中，LM393运放将交流信号转化为同频率的方波。电路通过比较输入信号与参考电压，产生一个开关式的输出。R292/R273的比值决定了输出方波的上升斜率，而R275则影响方波的上升速度。 1.1.3 恒流源设计 恒流源电路如图所示，利用运放U4A和U5B实现。通过调整参考电压Vref和电阻R30的值，可以设定恒定的输出电流。例如，当Vref为1.8V，R30为3.6kΩ时，输出电流为0.5mA。实际应用中，通常会在输出端增加保护措施，如二极管和电阻，以防止外部干扰或短路对电路造成损害。 1.1.4 整流电路 整流电路如图5.5，可将交流脉冲转换为直流电压，常用于4-20mA电流输出的控制。 1.1.5 热电阻测量 热电阻测量电路（图5.6）采用恒流源测量负载产生的电压，经有源滤波处理后，再进行信号调整，最后送入ADC。保护电路，如TVS，可以提高测量的抗干扰能力。 1.1.6 电压跟随器 电压跟随器（图5.8）常用于减少负载对信号源的影响和提升信号驱动能力。运放在这里起到缓冲作用，保持输出电压与输入电压相等。 1.1.7 单电源应用 在只有单电源的情况下，可以通过运放的跟随电路（图5.9）生成VCC/2的电压，然后利用这个中间电压实现信号放大（图5.10）。例如，当运放AD供电为+5V，AD芯片电压为3.3V时，可通过调整R66、R67和R68的阻值来设置增益。 总结来说，运放的应用极其灵活，涵盖多种电路设计，如滤波、比较、恒流、整流和信号调理等。理解和掌握这些基本应用，能帮助工程师解决各种实际问题，实现高效、稳定的电路设计。