Grundlæggende analysemetode for operationsforstærkere: virtuelt åbent kredsløb, virtuel kortslutning. Brug denne grundlæggende analysemetode til ukendte operationsforstærkerkredsløb.
Operationsforstærkere er meget anvendte enheder. Når de er tilsluttet passende feedbacknetværk, kan de bruges som præcisions AC- og DC-forstærkere, aktive filtre, oscillatorer og spændingskomparatorer.
- Anvendelse af operationsforstærkere i aktiv filtrering
Figuren ovenfor viser et typisk aktivt filterkredsløb (Saron-Kayl-kredsløb, en type Butterworth-kredsløb). Fordelen ved aktiv filtrering er, at den kan få signaler, der er større end afskæringsfrekvensen, til at henfalde hurtigere, og filtreringsegenskaberne kræver ikke høj kapacitans og modstand.
Designpunkterne for dette kredsløb er: Under forudsætning af at den passende afskæringsfrekvens overholdes, skal modstandsværdierne for R233 og R230 vælges så ensartede som muligt, og kapacitansen for C50 og C201 skal vælges så ensartet som muligt (når modstands- og kapacitansværdierne for det to-trins RC-kredsløb er ens, kaldes det et Saron-Kayl-kredsløb), således at typerne af enheder kan normaliseres, samtidig med at filtreringsydelsen opnås. Blandt andet forhindrer modstanden R280, at inputtet suspenderes, hvilket vil forårsage unormal output fra operationsforstærkeren.
De tre mest almindeligt anvendte andenordens aktive lavpasfilterkredsløb til filtrering er: Butterworth, monotont aftagende, flad og glattest kurve;
Det mest anvendte i Butterworth lavpasfiltrering er Saron-Kayl-kredsløbet, som er det simulerede kredsløb.
For et filter skal du kende dets grænsefrekvens, eller du kan skrive overføringsfunktionen og frekvensresponsen.
Hvis filteret også har en forstærkningsfunktion, skal du kende filterets forstærkning.
Når modstands- og kapacitansværdierne i et totrins RC-kredsløb er ens, kaldes det et Serenka-kredsløb. En negativ feedback introduceres i det andenordens aktive kredsløb for at få udgangsspændingen til at falde hurtigt i det høje frekvensområde.
Passbåndsforstærkningen for det andenordens aktive lavpasfilterkredsløb er 1+Rf/R1, hvilket er det samme som for førsteordens lavpasfilterkredsløb;
Bemærk at enheden for m er ohm, og enheden for N er u
Så grænsefrekvensen beregnes til at være
Chebyshev, hurtigt henfaldende, men med krusninger i passbåndet;
Bessel (elliptisk), faseforskydning er proportional med frekvensen, og gruppeforsinkelsen er i det væsentlige konstant.
2. Anvendelse af operationsforstærker i spændingskomparator
Dette kredsløb er faktisk en kombination af en nulkrydsningskomparator og et dybforstærkerkredsløb.
Udgangen forstærkes med (1+R292/R273). Jo højere forstærkningsfaktoren er, desto stejlere er firkantbølgens stigende flanke.
Der er også en nøglekomponentmodstandsværdi i dette kredsløb, som man skal være opmærksom på, nemlig R275, som bestemmer firkantbølgens stigningshastighed.
3. Design af konstantstrømskildekredsløb
Som vist i figuren er analyseprocessen for princippet om konstant strøm som følger:
U5B (den nederste operationsforstærker i ovenstående figur) er en spændingsfølger, så V1=V4;
Ifølge operationsforstærkerens virtuelle kortslutningsprincip gælder det for operationsforstærkeren U4A (den øvre operationsforstærker i ovenstående figur): V3=V5;
Ved at kombinere ovenstående ligninger får vi:
Når referencespændingen Vref er fastsat til 1.8 V, er modstanden R30 3.6 V, og strømudgangen er konstant på 0.5 mA.
Dette konstantstrømskildekredsløb kan bruges til at designe konstantstrømskilder for andre strømme. Grundideen er: alle modstande skal bruge højpræcisionsmodstande med ensartede modstandsværdier. Indgangsreferencespændingen (ved hjælp af en speciel referencespændingschip) divideres med modstandsværdien for at få udgangsstrømmen.
I faktisk brug er en diode og en modstand dog generelt serieforbundet ved udgangsenden for at beskytte konstantstrømskildekredsløbet. Den første fordel ved dette er at forhindre ekstern interferens i at trænge ind i konstantstrømskildekredsløbet og forårsage skade på konstantstrømskildekredsløbet, og for det andet at forhindre den eksterne belastning i at blive kortsluttet for ikke at beskadige konstantstrømskildekredsløbet.
5. Termisk modstandsmålekredsløb
Kredsløbet i figuren ovenfor er et typisk termisk modstands-/parmålingskredsløb. Måleideen er: en 1-10mA konstant strømkilde tilføjes til belastningen, hvilket vil generere en bestemt spænding på belastningen, og spændingen filtreres aktivt. Efter behandling justeres signalet (signalforstærkning eller dæmpning), og endelig sendes signalet til ADC-grænsefladen.
Når du bruger dette kredsløb, skal du være opmærksom på at anvende beskyttelse ved indgangsenden. TVS kan tilsluttes parallelt, men vær opmærksom på kondensatorernes indflydelse på målenøjagtigheden. Selvfølgelig kan ovenstående kredsløbsdiagram i nogle billige tilfælde forenkles til følgende kredsløb.
I brugen af operationsforstærkere er spændingsfølgere en almindelig anvendelse. Fordelene ved dette kredsløb er: for det første reducerer det belastningen på signalkilden; for det andet forbedrer det signalets evne til at bære belastning.
7. Anvendelse af enkelt strømforsyning
I den faktiske brug af operationsforstærkere bruger vi generelt dobbelte strømforsyninger for at opretholde operationsforstærkernes frekvenskarakteristika. Men nogle gange har vi i faktisk brug kun en enkelt strømforsyning og kan samtidig opnå normal drift af operationsforstærkeren.
Først bruger vi operationsforstærkerfølgerkredsløbet til at opnå en VCC/2 spændingsdeler:
Hvis kravene ikke er særlig høje, kan vi selvfølgelig dividere spændingen direkte med modstande for at opnå +VCC/2, men på grund af modstandens spændingsdelingsegenskaber vil dens dynamiske responshastighed være meget langsom, så brug den med forsigtighed.
Efter at have opnået +VCC/2, kan vi bruge en enkelt strømforsyning til at opnå signalforstærkningsfunktionen, som vist nedenfor:
I dette kredsløb er R66=R67//R68, og signalets udgangsforstærkning er G=-R67/R68.
Den specifikke anvendelse er vist i figuren nedenfor: operationsforstærkeren drives af en enkelt +5V_AD, og spændingen på AD-chippen er 3.3V (opnået af referencespændingschippen REF3033). De 3.3V divideres med modstande og efterfølges af operationsforstærkeren for at opnå 1.65V, som gives til operationsforstærkerens faseindgangsterminal.
