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基本运放知识


运放电路设计 最近一直在看公司的血氧电路,其中传感器采集回来的数据都是经运放放大数百乃至上千倍。在学 校学的那点理论早忘的差不多了,温习下吧。其实较之以前点电子工程师,现在看来,我们是幸福 很多了。至少不用自己用 dynatron 一个一个的搭电路,或者运放电路,因为我们有了集成运放。根 据不同的使用,可以有很多的选择。而且都是 IC 的,灵活程度远大于 dynatron 时代。在典型电路 的基础上,理论上 应该就没有实现不了的技术指标。 很喜欢这篇,介绍典型电路的,较为详尽,共享之: 运放电路设计参考图 图中精密全波整流电路的名称,纯属本人命的名,只是为了区分;除非特殊说明,增益均按 1 设计. 图 1 是最经典的电路,优点是可以在电阻 R5 上并联滤波电容.电阻匹配关系为 R1=R2,R4=R5=2R3;可以 通过更改 R5 来调节增益 图 2 优点是匹配电阻少,只要求 R1=R2 图 3 的优点是输入高阻抗,匹配电阻要求 R1=R2,R4=2R3 图 4 的匹配电阻全部相等,还可以通过改变电阻 R1 来改变增益.缺点是在输入信号的负半周,A1 的负 反馈由两路构成,其中一路是 R5,另一路是由运放 A2 复合构成,也有复合运放的缺点. 图 5 和 图 6 要求 R1=2R2=2R3,增益为 1/2,缺点是:当输入信号正半周时,输出阻抗比较高,可以在输 出增加增益为 2 的同相放大器隔离.另外一个缺点是正半周和负半周的输入阻抗不相等,要求输入信 号的内阻忽略不计 图 7 正半周,D2 通,增益=1+(R2+R3)/R1;负半周增益=-R3/R2;要求正负半周增益的绝对值相等,例如增 益取 2,可以选 R1=30K,R2=10K,R3=20K 图 8 的电阻匹配关系为 R1=R2 图 9 要求 R1=R2,R4 可以用来调节增益,增益等于 1+R4/R2;如果 R4=0,增益等于 1;缺点是正负半波的 输入阻抗不相等,要求输入信号的内阻要小,否则输出波形不对称. 图 10 是利用单电源运放的跟随器的特性设计的,单电源的跟随器,当输入信号大于 0 时,输出为跟随 器;当输入信号小于 0 的时候,输出为 0.使用时要小心单电源运放在信号很小时的非线性.而且,单电 源跟随器在负信号输入时也有非线性. 图 7,8,9 三种电路,当运放 A1 输出为正时,A1 的负反馈是通过二极管 D2 和运放 A2 构成的复合放大器 构成的,由于两个运放的复合(乘积)作用,可能环路的增益太高,容易产生振荡. 精密全波电路还有一些没有录入,比如高阻抗型还有一种把 A2 的同相输入端接到 A1 的反相输入端 的,其实和这个高阻抗型的原理一样,就没有专门收录,其它采用 A1 的输出只接一个二极管的也没有 收录,因为在这个二极管截止时,A1 处于开环状态.

结论: 虽然这里的精密全波电路达十种,仔细分析,发现优秀的并不多,确切的说只有 3 种,就是前面 的 3 种. 图 1 的经典电路虽然匹配电阻多,但是完全可以用 6 个等值电阻 R 实现,其中电阻 R3 可以用两个 R 并 联.可以通过 R5 调节增益,增益可以大于 1,也可以小于 1.最具有优势的是可以在 R5 上并电容滤波. 图 2 的电路的优势是匹配电阻少,只要一对匹配电阻就可以了. 图 3 的优势在于高输入阻抗. 其它几种,有的在 D2 导通的半周内,通过 A2 的复合实现 A1 的负反馈,对有些运放会出现自激. 有的 两个半波的输入阻抗不相等,对信号源要求较高. 两个单运放型虽然可以实现整流的目的,但是输入 \输出特性都很差.需要输入\输出都加跟随器或同相放大器隔离. 各个电路都有其设计特色,希望我 们能从其电路的巧妙设计中,吸取有用的.例如单电源全波电路的设计,复合反馈电路的设计,都是很 有用的设计思想和方法,如果能把各个图的电路原理分析并且推导每个公式,会有受益的. 最后的结论供大家在电路设计的时候参考.

其实如何复杂的运放电路都是由最基本的典型电路组成,理解运用好了典型电路,也就用好了运放, 暂时是这么认为的。


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