运放电路的七大应用场景

电路

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

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；

巴特沃兹低通滤波中用的最多的是赛伦凯乐电路，即仿真的该电路。

一个滤波器，要知道其截至频率是多少，或者能写出传递函数和频率响应也可以。

如果该滤波器还有放大功能，要知道该滤波器的增益是多少。

当两级 RC 电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路，在二阶有源电路中引入一个负反馈，目的是使输出电压在高频率段迅速下降。

二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数为 1+Rf/R1 ，与一阶低通滤波电路相同；

截止频率为

注明，m 的单位为欧姆， N 的单位为 u

所以计算得出截止频率为

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。

2、运放在电压比较器中的应用

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 V1=V4;

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：V3=V5；

有以上等式组合运算得：

当参考电压 Vref 固定为 1.8V 时，电阻 R30 为 3.6,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

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

上图的电路是典型的热电阻 / 电偶的测量电路，其测量思路为：将 1-10mA 的恒流源加于负载，将会在负载上产生一定的电压，将该电压进行有源滤波处理，处理后在进行信号的调整（信号放大或衰减），最后将信号送入 ADC 接口。

该电路应用时，要注意在输入端施加保护，可以并 TVS，但要注意节电容对测量精度的影响，当然，如果在一些低成本场合，上述电路图可简化为下电路

6、电压跟随器
在运放的使用中，电压跟随器是一种常见的应用，该电路的好处是：一是减小负载对信号源的影响；二是提高信号带负载的能力。

上图是运用运放实现了电阻分压的功能，首先用电阻获得需要输出的电压，然后用运放对该电压进行跟随，提高其输出能力。

7、单电源的应用
在运放的实际使用，我们一般为了保持运放的频率特性，一般都采用双电源供电，但有的时候在实际使用，我们只有单电源的情况，也能实现运放的正常工作。

首先我们运用运放跟随电路，实现一个 VCC/2 的分压:

当然，如果在要求不是很高的场合，我们可以直接电阻分压，获得+VCC/2，但由于电阻分压的特性所在，其动态的响应速度会非常慢，请谨慎使用。

获得+VCC/2 后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：

该电路中 R66=R67//R68，信号的输出增益 G=-R67/R68 。

具体应用如下图：运放为单+5V_AD 供电，AD 芯片的电压是 3.3V（基准电压芯片 REF3033 得到），该 3.3V 再电阻分压和经过运放跟随后得到 1.65V，给到运放的同相输入端

附：运放的应用要点