Mètode d'anàlisi bàsic per a amplificadors operacionals: circuit obert virtual, curtcircuit virtual. Per a circuits d'aplicació d'amplificadors operacionals que no conegueu, utilitzeu aquest mètode d'anàlisi bàsic.
Els amplificadors operacionals són dispositius àmpliament utilitzats. Quan es connecten a xarxes de retroalimentació adequades, es poden utilitzar com a amplificadors de precisió de CA i CC, filtres actius, oscil·ladors i comparadors de voltatge.
- Aplicació dels amplificadors operacionals en el filtratge actiu
La figura superior és un circuit de filtre actiu típic (circuit Saron-Kayl, un tipus de circuit Butterworth). L'avantatge del filtratge actiu és que pot fer que els senyals superiors a la freqüència de tall decaiguin més ràpidament, i les característiques de filtratge no requereixen una capacitat i resistència elevades.
Els punts de disseny d'aquest circuit són: sota la condició de complir amb la freqüència de tall adequada, els valors de resistència de R233 i R230 s'han de seleccionar de la manera més consistent possible, i la capacitança de C50 i C201 s'ha de seleccionar de manera consistent (quan els valors de resistència i capacitança del circuit RC de dues etapes són iguals, s'anomena circuit Saron-Kayl), de manera que els tipus de dispositius es puguin normalitzar mentre es compleix el rendiment de filtratge. Entre ells, la resistència R280 evita que l'entrada es suspengui, cosa que provocarà una sortida anormal de l'amplificador operacional.
Els tres circuits de filtre de pas baix actiu de segon ordre més utilitzats per al filtratge són: Butterworth, monòtonament decreixent, corba plana i més suau;
El més utilitzat en el filtratge de pas baix de Butterworth és el circuit Saron-Kayl, que és el circuit simulat.
Per a un filtre, cal conèixer la seva freqüència de tall o podeu escriure la funció de transferència i la resposta de freqüència.
Si el filtre també té una funció d'amplificació, cal saber el guany del filtre.
Quan els valors de resistència i capacitància del circuit RC de dues etapes són iguals, s'anomena circuit Serenka. S'introdueix una retroalimentació negativa al circuit actiu de segon ordre per fer que la tensió de sortida caigui ràpidament en el rang d'alta freqüència.
El guany de banda de pas del circuit de filtre de pas baix actiu de segon ordre és 1 + Rf / R1, que és el mateix que el circuit de filtre de pas baix de primer ordre;
Tingueu en compte que la unitat de m és ohm i la unitat de N és u
Per tant, la freqüència de tall es calcula com a
Txebixev, decaient ràpidament, però amb ones a la banda de pas;
Bessel (el·líptic), el canvi de fase és proporcional a la freqüència i el retard de grup és essencialment constant.
2. Aplicació de l'amplificador operacional en un comparador de voltatge
Aquest circuit és en realitat una combinació d'un comparador de creuament per zero i un circuit amplificador profund.
La sortida s'amplifica mitjançant (1+R292/R273). Com més alt sigui el factor d'amplificació, més pronunciat serà el flanc ascendent de l'ona quadrada.
També hi ha un valor de resistència de component clau en aquest circuit al qual cal parar atenció, que és R275, que determina la velocitat de pujada de l'ona quadrada.
3. Disseny del circuit de font de corrent constant
Com es mostra a la figura, el procés d'anàlisi del principi de corrent constant és el següent:
U5B (l'amplificador operacional inferior de la figura anterior) és un seguidor de tensió, de manera que V1 = V4;
Segons el principi de curtcircuit virtual de l'amplificador operacional, per a l'amplificador operacional U4A (l'amplificador operacional superior a la figura anterior): V3 = V5;
Combinant les equacions anteriors, obtenim:
Quan la tensió de referència Vref es fixa a 1.8 V, la resistència R30 és de 3.6 i el corrent de sortida és constant a 0.5 mA.
Aquest circuit de font de corrent constant es pot utilitzar per dissenyar fonts de corrent constant d'altres corrents. La idea bàsica és: totes les resistències han d'utilitzar resistències d'alta precisió amb valors de resistència consistents. El voltatge de referència d'entrada (utilitzant un xip de voltatge de referència especial) es divideix pel valor de la resistència per obtenir el corrent de sortida.
Tanmateix, en l'ús real, per tal de protegir el circuit de la font de corrent constant, generalment es connecten un díode i una resistència en sèrie a l'extrem de sortida. El primer avantatge d'això és evitar que les interferències externes entrin al circuit de la font de corrent constant, causant danys al circuit de la font de corrent constant, i en segon lloc, evitar que la càrrega externa es curtcircuiti, per tal de no danyar el circuit de la font de corrent constant.
5. Circuit de mesura de resistència tèrmica
El circuit de la figura anterior és un circuit típic de mesura de resistència tèrmica/parell. La idea de mesura és: s'afegeix una font de corrent constant d'1-10 mA a la càrrega, que generarà un cert voltatge a la càrrega, i el voltatge es filtra activament. Després del processament, el senyal s'ajusta (amplificació o atenuació del senyal) i finalment el senyal s'envia a la interfície ADC.
Quan utilitzeu aquest circuit, presteu atenció a aplicar protecció a l'extrem d'entrada. Els TVS es poden connectar en paral·lel, però presteu atenció a l'impacte dels condensadors en la precisió de la mesura. Per descomptat, si en algunes ocasions de baix cost, el diagrama del circuit anterior es pot simplificar al següent circuit.
En l'ús d'amplificadors operacionals, el seguidor de tensió és una aplicació habitual. Els beneficis d'aquest circuit són: primer, redueix l'impacte de la càrrega sobre la font del senyal; segon, millora la capacitat del senyal per suportar la càrrega.
7. Aplicació d'una única font d'alimentació
En l'ús real d'amplificadors operacionals, generalment utilitzem fonts d'alimentació duals per mantenir les característiques de freqüència dels amplificadors operacionals. Tanmateix, de vegades, en l'ús real, només tenim una única font d'alimentació i també podem aconseguir el funcionament normal de l'amplificador operacional.
Primer, utilitzem el circuit seguidor d'amplificador operacional per aconseguir un divisor de tensió VCC/2:
Per descomptat, si els requisits no són gaire alts, podem dividir directament el voltatge amb resistències per obtenir +VCC/2, però a causa de les característiques de la divisió de voltatge de la resistència, la seva velocitat de resposta dinàmica serà molt lenta, així que utilitzeu-la amb precaució.
Després d'obtenir +VCC/2, podem utilitzar una única font d'alimentació per aconseguir la funció d'amplificació del senyal, tal com es mostra a continuació:
En aquest circuit, R66 = R67 // R68, i el guany de sortida del senyal és G = -R67 / R68.
L'aplicació específica es mostra a la figura següent: l'amplificador operacional s'alimenta amb un únic +5V_AD, i el voltatge del xip AD és de 3.3V (obtingut pel xip de voltatge de referència REF3033). Els 3.3V es divideixen per resistències i es segueixen per l'amplificador operacional per obtenir 1.65V, que es dóna al terminal d'entrada en fase de l'amplificador operacional.
