唐老师讲运算放大器(第五讲)——运放的应用

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一、常见运放的应用

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二、运放用于电源降压

图示的D1为2.5V稳压管,若VIN=12V,那么运放的同相输入端为2.5V,又虚短可知,反向输入端的电压也为2.5V,那么Rfb2和Rfb1中间节点的电压为2.5V,此时,有运算放大器的性质可知,Vout

R1/(R1+R2)=V-=V+=2.5V,??? 假设R1为2K,若Vout=5V,那么R2=2K。

下图和上图类似,只是下图多了R37和C43构成的低通滤波器,若把这两个去掉,和上图基本一致。

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下图为LM2596的内部框图, LM2596的内部稳压原理和上图类似,反相输入端会产生一个1.235V的基准电压,此时同相输入端也为1.235V,设输出电压为Vout,此时V+=V-=Vo

(R2/(R1+R2)),这就是DCDC内部芯片反馈电阻的原理。

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三、反相比例运算电路

下图为反相比例的电路模型,由虚短和虚断可知,u-=u+,i-=i+=0, 由此可以推导出输入和输出的关系为:Vo=-RF/R,由于有-号,所以这里称之为反相比例,放大倍数为:Au=Vo/Vi=-RF/R, RF和R在实际应用中应选择精度比较高的电阻,比如1%和0.1%的电阻。当RF>R时,方法信号,当RF=R时,不放大信号,但是会对信号进行反相。当RF<R时,衰减信号。图示的R’为平衡电阻,阻值应为R和RF的并联值,也即R’=R//RF, 精度要求不高。R’在实际应用中最好接上,不接R’,直接将R’接地,其实也是可以的。

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注意最后的缺点!!!

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下图为改进后的反向比例,此时输入阻抗还是为R,但是此时R可以取很大,也不会造成太大的噪声。

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四、对平衡电阻的讨论

平衡电阻的精度要求不高,若计算为8K,则使用9K都没问题,但是呢,有些运放集成了平衡电阻,此时就不要外部加平衡电阻了,加了反而会增加误差值,比如OPA227就一定不要加平衡电阻,直接接地即可。

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如果不加平衡电阻,误差值为IB*R’, 下图举例了,但是对于IB很小的精密运放,引入平衡电阻反而会增加噪声,一般可以大胆的不加,OPA227和OPA228系列一定不要加。

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五、同相比例运算放大器

Uo=(1+(RF/R))Ui, 由于1+RF/R必然大于1,故该电路一定会放大输入信号,放大倍数为Au=1+RF/R。同相比例电路的特点为输入阻抗大,接近无穷,输出阻抗很小,所以我们在放大信号时,尽量使用同相比例放大电路。

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有些运放比较特殊,要求放大倍数必须大于某值时才稳定,比如下图的OPA847要求放大倍数必须大于5,

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六、电压跟随器

如下图所示为电压跟随器,由虚短和虚断可知,u+=ui=u-=uo,该电路实现了输出电压等于输入电压,故称为电压跟随器,由于运放具有高输入阻抗,低输出阻抗的特点,常常把电压跟随器运用在阻抗变换和缓冲级电路中,但是一般的运放不能这么接,需要标注有Unity-Gain Statble的运放才能这么接,比如OPA627、OPA820等等。

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如果非单位增益稳定的运放要接成电压跟随器,那么需要在反馈电阻,如下图所示,特别是电流反馈型运放,RF不能少,有些时候还需要在输入端串联一个电阻。为了可兼容性,最好在设计时考虑这两个电阻。

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下图所示的OPA227在设计电压跟随器时需要在加入500R的反馈电阻。

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下图所示在输入端加入了5K的电阻

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七、加法运算电路

如下图所示为加法电路

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应用实例

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同相加法电路(用的较多)

因为目前单片机大多数ADC基本不能读取负电压,而正弦信号是有负电压的,一般采用同相加法电路对负电压进行抬升,使其电压在X轴之上。

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加法器的特殊应用场合:

利用加法电路对多通道运放的调零

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八、减法运算电路(差分运算放大电路)

在实际应用场合中,一般使R1=R2=R,R’=RF时,uo=RF*(ui2-ui1)/R。

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常规的差分放大电路具有输入电阻不高、有共模输入电压等不足,因此在实际应用场合中常常采用双运放构成减法电路,如下图所示,前级为反相比例,后级为反相加法电路。

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