運(yùn)算放大器電路全集

2．3 加法器 http://www.elecfans.com/article/88/131/amp/2009/2009051660230.html

圖七是一個(gè)反相加法器，他是一個(gè)基本的音頻混合器。但是該電路的很少用于真正的音頻混合器。因?yàn)檫@會(huì)逼近運(yùn)放的工作極限，實(shí)際上我們推薦用提高電源電壓的辦法來提高動(dòng)態(tài)范圍。

同相加法器是可以實(shí)現(xiàn)的，但是是不被推薦的。因?yàn)樾盘?hào)源的阻抗將會(huì)影響電路的增益。

圖七

2．4 減法器

就像加法器一樣，圖八是一個(gè)減法器。一個(gè)通常的應(yīng)用就是用于去除立體聲磁帶中的原唱而留下伴音(在錄制時(shí)兩通道中的原唱電平是一樣的，但是伴音是略有不同的)。

圖八

2．5 模擬電感http://www.elecfans.com/article/88/131/protect/2009/2009040342980.html

圖九的電路是一個(gè)對(duì)電容進(jìn)行反向操作的電路，它用來模擬電感。電感會(huì)抵制電流的變化，所以當(dāng)一個(gè)直流電平加到電感上時(shí)電流的上升是一個(gè)緩慢的過程，并且電感中電阻上的壓降就顯得尤為重要。

圖九

電感會(huì)更加容易的讓低頻通過它，它的特性正好和電容相反，一個(gè)理想的電感是沒有電阻的，它可以讓直流電沒有任何限制的通過，對(duì)頻率是無窮大的信號(hào)有無窮大的阻抗。

如果直流電壓突然通過電阻R1 加到運(yùn)放的反相輸入端上的時(shí)候，運(yùn)放的輸出將不會(huì)有任何的變化，因?yàn)檫@個(gè)電壓同過電容C1 也同樣加到了正相輸出端上，運(yùn)放的輸出端表現(xiàn)出了很高的阻抗，就像一個(gè)真正的電感一樣。

隨著電容C1 不斷的通過電阻R2 進(jìn)行充電，R2上電壓不斷下降，運(yùn)放通過電阻R1汲取電流。隨著電容不斷的充電，最后運(yùn)放的兩個(gè)輸入腳和輸出腳上的電壓最終趨向于虛地(Vcc/2)。

當(dāng)電容C1 完全被充滿時(shí)，電阻R1 限制了流過的電流，這就表現(xiàn)出一個(gè)串連在電感中電阻。這個(gè)串連的電阻就限制了電感的Q 值。真正電感的直流電阻一般會(huì)比模擬的電感小的多。這有一些模擬電感的限制：

電感的一段連接在虛地上；
模擬電感的Q值無法做的很高，取決于串連的電阻R1；
模擬電感并不像真正的電感一樣可以儲(chǔ)存能量，真正的電感由于磁場(chǎng)的作用可以引起很高的反相尖峰電壓，但是模擬電感的電壓受限于運(yùn)放輸出電壓的擺幅，所以響應(yīng)的脈沖受限于電壓的擺幅。

2．6 儀用放大器http://www.elecfans.com/article/88/131/amp/2009/2009071377047.html

儀用放大器用于需要對(duì)小電平信號(hào)直流信號(hào)進(jìn)行放大的場(chǎng)合，他是由減法器拓?fù)涠鴣淼?。儀用放大器利用了同相輸入端高阻抗的優(yōu)勢(shì)。基本的儀用放大器如圖十所示。

圖十

這個(gè)電路是基本的儀用放大電路，其他的儀用放大器也如圖中所示，這里的輸入端也使用了單電源供電。這個(gè)電路實(shí)際上是一個(gè)單電源的應(yīng)變儀。這個(gè)電路的缺點(diǎn)是需要完全相等的電阻，否則這個(gè)電路的共模抑制比將會(huì)很低。

圖十中的電路可以簡單的去掉三個(gè)電阻，就像圖十一中的電路。

圖十一

這個(gè)電路的增益非常好計(jì)算。但是這個(gè)電路也有一個(gè)缺點(diǎn)：那就是電路中的兩個(gè)電阻必須一起更換，而且他們必須是等值的。另外還有一個(gè)缺點(diǎn)，第一級(jí)的運(yùn)放沒有產(chǎn)生任何有用的增益。

另外用兩個(gè)運(yùn)放也可以組成儀用放大器，就像圖十二所示。

圖十二

但是這個(gè)儀用放大器是不被推薦的，因?yàn)榈谝粋€(gè)運(yùn)放的放大倍數(shù)小于一，所以他可能是不穩(wěn)定的，而且Vin －上的信號(hào)要花費(fèi)比Vin ＋上的信號(hào)更多的時(shí)間才能到達(dá)輸出端。

這節(jié)非常深入地介紹了用運(yùn)放組成的有源濾波器。在很多情況中，為了阻擋由于虛地引起的直流電平，在運(yùn)放的輸入端串入了電容。這個(gè)電容實(shí)際上是一個(gè)高通濾波器，在某種意義上說，像這樣的單電源運(yùn)放電路都有這樣的電容。設(shè)計(jì)者必須確定這個(gè)電容的容量必須要比電路中的其他電容器的容量大100 倍以上。這樣才可以保證電路的幅頻特性不會(huì)受到這個(gè)輸入電容的影響。如果這個(gè)濾波器同時(shí)還有放大作用，這個(gè)電容的容量最好是電路中其他電容容量的1000 倍以上。如果輸入的信號(hào)早就包含了VCC/2 的直流偏置，這個(gè)電容就可以省略。

這些電路的輸出都包含了VCC/2 的直流偏置，如果電路是最后一級(jí)，那么就必須串入輸出電容。

這里有一個(gè)有關(guān)濾波器設(shè)計(jì)的協(xié)定，這里的濾波器均采用單電源供電的運(yùn)放組成。濾波器的實(shí)現(xiàn)很簡單，但是以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)者必須注意：

1. 濾波器的拐點(diǎn)(中心)頻率
2. 濾波器電路的增益
3. 帶通濾波器和帶阻濾波器的的Q值
4. 低通和高通濾波器的類型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell)

不幸的是要得到一個(gè)完全理想的濾波器是無法用一個(gè)運(yùn)放組成的。即使可能，由于各個(gè)元件之間的負(fù)雜互感而導(dǎo)致設(shè)計(jì)者要用非常復(fù)雜的計(jì)算才能完成濾波器的設(shè)計(jì)。通常對(duì)波形的控制要求越復(fù)雜就意味者需要更多的運(yùn)放，這將根據(jù)設(shè)計(jì)者可以接受的最大畸變來決定?；蛘呖梢酝ㄟ^幾次實(shí)驗(yàn)而最終確定下來。如果設(shè)計(jì)者希望用最少的元件來實(shí)現(xiàn)濾波器，那么就別無選擇，只能使用傳統(tǒng)的濾波器，通過計(jì)算就可以得到了。

3．1 一階濾波器

一階濾波器是最簡單的電路，他們有20dB 每倍頻的幅頻特性

3．1．1 低通濾波器http://www.elecfans.com/article/88/131/filter/2009/20091207125762.html

典型的低通濾波器如圖十三所示。

圖十三

3．1．2 高通濾波器http://www.elecfans.com/article/88/131/filter/2009/20091207125732.html

典型的高通濾波器如圖十四所示。

圖十四

3．1．3 文氏濾波器http://www.elecfans.com/article/88/131/filter/2009/20091207125766.html

文氏濾波器對(duì)所有的頻率都有相同的增益，但是它可以改變信號(hào)的相角，同時(shí)也用來做相角修正電路。圖十五中的電路對(duì)頻率是F 的信號(hào)有90 度的相移，對(duì)直流的相移是0度，對(duì)高頻的相移是180度。

圖十五

3．2 二階濾波器

二階濾波電路一般用他們的發(fā)明者命名。他們中的少數(shù)幾個(gè)至今還在使用。有一些二階濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以組成低通、高通、帶通、帶阻濾波器，有些則不行。這里沒有列出所有的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只是將那些容易實(shí)現(xiàn)和便于調(diào)整的列了出來。

二階濾波器有40dB 每倍頻的幅頻特性。

通常的同一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的帶通和帶阻濾波器使用相同的元件來調(diào)整他們的Q 值，而且他們使濾波器在Butterworth 和Chebyshev 濾波器之間變化。必須要知道只有Butterworth 濾波器可以準(zhǔn)確的計(jì)算出拐點(diǎn)頻率，Chebyshev 和Bessell濾波器只