Método básico de análise para amplificadores operacionais: circuito aberto virtual, curto-circuito virtual. Para circuitos de aplicação de amplificadores operacionais não familiares, use este método básico de análise.
Amplificadores operacionais são dispositivos amplamente utilizados. Quando conectados a redes de realimentação apropriadas, podem ser usados como amplificadores CA e CC de precisão, filtros ativos, osciladores e comparadores de tensão.
- Aplicação de amplificadores operacionais em filtragem ativa
A figura acima mostra um circuito de filtro ativo típico (circuito Saron-Kayl, um tipo de circuito Butterworth). A vantagem da filtragem ativa é que ela pode fazer com que sinais maiores que a frequência de corte decaiam mais rapidamente, e as características de filtragem não exigem alta capacitância e resistência.
Os pontos de projeto deste circuito são: sob a condição de que a frequência de corte apropriada seja atendida, os valores de resistência de R233 e R230 devem ser selecionados o mais consistentes possível, e a capacitância de C50 e C201 deve ser selecionada como consistente (quando os valores de resistência e capacitância do circuito RC de dois estágios são iguais, é chamado de circuito Saron-Kayl), para que os tipos de dispositivos possam ser normalizados enquanto se atende ao desempenho de filtragem. Entre eles, o resistor R280 impede que a entrada seja suspensa, o que causará uma saída anormal do amplificador operacional.
Os três circuitos de filtro passa-baixa ativo de segunda ordem mais comumente usados para filtragem são: Butterworth, monotonicamente decrescente, curva plana e suave;
O mais utilizado na filtragem passa-baixa de Butterworth é o circuito Saron-Kayl, que é o circuito simulado.
Para um filtro, você precisa saber sua frequência de corte ou pode escrever a função de transferência e a resposta de frequência.
Se o filtro também tiver uma função de amplificação, você precisa saber o ganho do filtro.
Quando os valores de resistência e capacitância do circuito RC de dois estágios são iguais, ele é chamado de circuito Serenka. Uma realimentação negativa é introduzida no circuito ativo de segunda ordem para fazer com que a tensão de saída caia rapidamente na faixa de alta frequência.
O ganho de banda de passagem do circuito de filtro passa-baixa ativo de segunda ordem é 1+Rf/R1, que é o mesmo do circuito de filtro passa-baixa de primeira ordem;
Observe que a unidade de m é ohm e a unidade de N é u
Portanto, a frequência de corte é calculada como sendo
Chebyshev, decaindo rapidamente, mas com ondulações na banda de passagem;
Bessel (elíptico), a mudança de fase é proporcional à frequência e o atraso de grupo é essencialmente constante.
2. Aplicação do amplificador operacional no comparador de tensão
Este circuito é na verdade uma combinação de um comparador de cruzamento por zero e um circuito amplificador profundo.
A saída é amplificada por (1+R292/R273). Quanto maior o fator de amplificação, mais acentuada é a borda ascendente da onda quadrada.
Há também um valor de resistência de componente chave neste circuito ao qual é preciso prestar atenção, que é o R275, que determina a velocidade de subida da onda quadrada.
3. Projeto de circuito de fonte de corrente constante
Conforme mostrado na figura, o processo de análise do princípio de corrente constante é o seguinte:
U5B (o amplificador operacional inferior na figura acima) é um seguidor de tensão, então V1=V4;
De acordo com o princípio de curto-circuito virtual do amplificador operacional, para o amplificador operacional U4A (o amplificador operacional superior na figura acima): V3=V5;
Combinando as equações acima, obtemos:
Quando a tensão de referência Vref é fixada em 1.8 V, o resistor R30 é 3.6 e a saída de corrente é constante em 0.5 mA.
Este circuito de fonte de corrente constante pode ser usado para projetar fontes de corrente constante para outras correntes. A ideia básica é: todos os resistores precisam usar resistores de alta precisão com valores de resistência consistentes. A tensão de referência de entrada (usando um chip de tensão de referência especial) é dividida pelo valor da resistência para obter a corrente de saída.
No entanto, no uso real, para proteger o circuito da fonte de corrente constante, um diodo e um resistor são geralmente conectados em série na extremidade de saída. O primeiro benefício disso é evitar que interferências externas entrem no circuito da fonte de corrente constante, causando danos ao circuito da fonte de corrente constante, e o segundo é evitar que a carga externa entre em curto-circuito, de modo a não danificar o circuito da fonte de corrente constante.
5. Circuito de medição de resistência térmica
O circuito na figura acima é um circuito típico de medição de resistor/par térmico. A ideia da medição é: uma fonte de corrente constante de 1-10 mA é adicionada à carga, gerando uma determinada tensão na carga, e a tensão é filtrada ativamente. Após o processamento, o sinal é ajustado (amplificado ou atenuado) e, finalmente, enviado para a interface ADC.
Ao utilizar este circuito, preste atenção à aplicação de proteção na extremidade de entrada. Os TVS podem ser conectados em paralelo, mas preste atenção ao impacto dos capacitores na precisão da medição. É claro que, em algumas ocasiões de baixo custo, o diagrama de circuito acima pode ser simplificado para o seguinte circuito:
No uso de amplificadores operacionais, o seguidor de tensão é uma aplicação comum. Os benefícios deste circuito são: primeiro, ele reduz o impacto da carga na fonte do sinal; segundo, ele melhora a capacidade do sinal de transportar carga.
7. Aplicação de fonte de alimentação única
No uso real de amplificadores operacionais, geralmente utilizamos fontes de alimentação duplas para manter as características de frequência dos amplificadores operacionais. No entanto, às vezes, no uso real, temos apenas uma única fonte de alimentação e conseguimos manter o funcionamento normal do amplificador operacional.
Primeiro, usamos o circuito seguidor do amplificador operacional para obter um divisor de tensão VCC/2:
Claro, se os requisitos não forem muito altos, podemos dividir diretamente a tensão com resistores para obter +VCC/2, mas devido às características da divisão de tensão do resistor, sua velocidade de resposta dinâmica será muito lenta, portanto, use-o com cautela.
Após obter +VCC/2, podemos usar uma única fonte de alimentação para obter a função de amplificação de sinal, conforme mostrado abaixo:
Neste circuito, R66=R67//R68, e o ganho de saída do sinal é G=-R67/R68.
A aplicação específica é mostrada na figura abaixo: o amplificador operacional é alimentado por um único +5V_AD, e a tensão do chip AD é de 3.3V (obtida pelo chip de tensão de referência REF3033). Os 3.3V são divididos pelos resistores e seguidos pelo amplificador operacional para obter 1.65V, que é fornecido ao terminal de entrada em fase do amplificador operacional.
