Grundläggande analysmetod för operationsförstärkare: virtuellt avbrott, virtuell kortslutning. För okända operationsförstärkarkretsar, använd denna grundläggande analysmetod.
Operationsförstärkare är flitigt använda enheter. När de är anslutna till lämpliga återkopplingsnätverk kan de användas som precisionsförstärkare för växelström och likström, aktiva filter, oscillatorer och spänningsjämförare.
- Tillämpning av operationsförstärkare i aktiv filtrering
Figuren ovan visar en typisk aktiv filterkrets (Saron-Kayl-krets, en typ av Butterworth-krets). Fördelen med aktiv filtrering är att den kan få signaler större än gränsfrekvensen att avklinga snabbare, och filtreringsegenskaperna kräver inte hög kapacitans och resistans.
Designpunkterna för denna krets är: under förutsättning att lämplig gränsfrekvens uppnås, bör resistansvärdena för R233 och R230 väljas så konsekventa som möjligt, och kapacitansen för C50 och C201 bör väljas så konsekvent (när resistans- och kapacitansvärdena för tvåstegs-RC-kretsen är lika kallas det en Saron-Kayl-krets), så att typerna av enheter kan normaliseras samtidigt som filtreringsprestanda uppnås. Bland dessa förhindrar motståndet R280 att ingången pausas, vilket kommer att orsaka onormal utgång från operationsförstärkaren.
De tre vanligast använda andra ordningens aktiva lågpassfilterkretsar för filtrering är: Butterworth, monotont avtagande, platt och jämnast kurva;
Den mest använda i Butterworths lågpassfiltrering är Saron-Kayl-kretsen, som är den simulerade kretsen.
För ett filter behöver du veta dess gränsfrekvens, eller så kan du skriva överföringsfunktionen och frekvenssvaret.
Om filtret också har en förstärkningsfunktion behöver du veta filtrets förstärkning.
När resistans- och kapacitansvärdena för en tvåstegs RC-krets är lika kallas den en Serenka-krets. En negativ återkoppling introduceras i den andra ordningens aktiva kretsen för att få utspänningen att sjunka snabbt i det höga frekvensområdet.
Passbandsförstärkningen för den andra ordningens aktiva lågpassfilterkrets är 1+Rf/R1, vilket är detsamma som för den första ordningens lågpassfilterkrets;
Observera att enheten för m är ohm och enheten för N är u
Så gränsfrekvensen beräknas till att vara
Chebyshev, snabbt avtagande, men med krusningar i passbandet;
Bessel (elliptisk), fasförskjutningen är proportionell mot frekvensen och gruppfördröjningen är i huvudsak konstant.
2. Tillämpning av operationsförstärkare i spänningsjämförare
Denna krets är faktiskt en kombination av en nollkorsningskomparator och en djupförstärkarkrets.
Utsignalen förstärks med (1+R292/R273). Ju högre förstärkningsfaktor, desto brantare blir fyrkantvågens stigande flank.
Det finns också ett viktigt komponentresistansvärde i denna krets som man måste vara uppmärksam på, nämligen R275, vilket bestämmer fyrkantvågens stigande hastighet.
3. Design av konstantströmskrets
Som visas i figuren är analysprocessen för konstantströmsprincipen följande:
U5B (den nedre operationsförstärkaren i figuren ovan) är en spänningsföljare, så V1=V4;
Enligt operationsförstärkarens princip om virtuell kortslutning, för operationsförstärkaren U4A (den övre operationsförstärkaren i figuren ovan): V3=V5;
Genom att kombinera ovanstående ekvationer får vi:
När referensspänningen Vref är fastställd till 1.8 V är motståndet R30 3.6 V och utgångsströmmen är konstant 0.5 mA.
Denna konstantströmskrets kan användas för att designa konstantströmskällor för andra strömmar. Grundidén är: alla motstånd behöver använda högprecisionsmotstånd med konsekventa resistansvärden. Ingångsreferensspänningen (med hjälp av ett speciellt referensspänningschip) divideras med resistansvärdet för att få utströmmen.
I verklig användning är dock en diod och ett motstånd i serie kopplade vid utgången för att skydda konstantströmskretsen. Den första fördelen med detta är att förhindra att externa störningar kommer in i konstantströmskretsen och orsakar skador på konstantströmskretsen, och för det andra att förhindra att extern last kortsluts, så att konstantströmskretsen inte skadas.
5. Mätkrets för termisk resistans
Kretsen i figuren ovan är en typisk mätkrets för termiskt motstånd/kopplare. Mätningsidén är: en konstant strömkälla på 1–10 mA läggs till lasten, vilket genererar en viss spänning på lasten, och spänningen filtreras aktivt. Efter bearbetning justeras signalen (signalförstärkning eller dämpning), och slutligen skickas signalen till ADC-gränssnittet.
När du använder den här kretsen, var noga med att applicera skydd vid ingångsänden. TVS kan parallellkopplas, men var uppmärksam på kondensatorernas inverkan på mätnoggrannheten. Naturligtvis, i vissa fall med låg kostnad, kan ovanstående kretsschema förenklas till följande krets.
Vid användning av operationsförstärkare är spänningsföljare en vanlig tillämpning. Fördelarna med denna krets är: för det första minskar den belastningen på signalkällan; för det andra förbättrar den signalens förmåga att bära last.
7. Tillämpning av en enda strömförsörjning
Vid faktisk användning av operationsförstärkare använder vi vanligtvis dubbla nätaggregat för att bibehålla operationsförstärkarnas frekvensegenskaper. Ibland har vi dock bara en enda nätaggregat och kan uppnå normal drift av operationsförstärkaren.
Först använder vi operationsförstärkarens följarkrets för att uppnå en VCC/2 spänningsdelare:
Naturligtvis, om kraven inte är särskilt höga, kan vi direkt dividera spänningen med motstånd för att få +VCC/2, men på grund av egenskaperna hos motståndets spänningsdelning kommer dess dynamiska svarshastighet att vara mycket långsam, så använd den med försiktighet.
Efter att ha erhållit +VCC/2 kan vi använda en enda strömförsörjning för att uppnå signalförstärkningsfunktionen, som visas nedan:
I denna krets är R66=R67//R68, och signalens utgångsförstärkning är G=-R67/R68.
Den specifika tillämpningen visas i figuren nedan: operationsförstärkaren drivs av en enda +5V_AD, och spänningen på AD-chippet är 3.3V (erhålls av referensspänningschippet REF3033). 3.3V divideras med motstånd och följs av operationsförstärkaren för att få 1.65V, vilket ges till operationsförstärkarens infasade ingångsterminal.
