唐老师讲运算放大器(第五讲)——运放的应用

一、常见运放的应用

二、运放用于电源降压

图示的D1为2.5V稳压管，若VIN=12V，那么运放的同相输入端为2.5V，又虚短可知，反向输入端的电压也为2.5V，那么Rfb2和Rfb1中间节点的电压为2.5V，此时，有运算放大器的性质可知，VoutR1/(R1+R2)=V-=V+=2.5V,??? 假设R1为2K，若Vout=5V，那么R2=2K。
下图和上图类似，只是下图多了R37和C43构成的低通滤波器，若把这两个去掉，和上图基本一致。

下图为LM2596的内部框图， LM2596的内部稳压原理和上图类似，反相输入端会产生一个1.235V的基准电压，此时同相输入端也为1.235V，设输出电压为Vout，此时V+=V-=Vo(R2/(R1+R2)),这就是DCDC内部芯片反馈电阻的原理。

三、反相比例运算电路

下图为反相比例的电路模型，由虚短和虚断可知，u-=u+，i-=i+=0, 由此可以推导出输入和输出的关系为：Vo=-RF/R，由于有-号，所以这里称之为反相比例，放大倍数为：Au=Vo/Vi=-RF/R, RF和R在实际应用中应选择精度比较高的电阻，比如1%和0.1%的电阻。当RF>R时，方法信号，当RF=R时，不放大信号，但是会对信号进行反相。当RF
注意最后的缺点！！！

下图为改进后的反向比例，此时输入阻抗还是为R，但是此时R可以取很大，也不会造成太大的噪声。

四、对平衡电阻的讨论

平衡电阻的精度要求不高，若计算为8K，则使用9K都没问题，但是呢，有些运放集成了平衡电阻，此时就不要外部加平衡电阻了，加了反而会增加误差值，比如OPA227就一定不要加平衡电阻，直接接地即可。

如果不加平衡电阻，误差值为IB*R’, 下图举例了，但是对于IB很小的精密运放，引入平衡电阻反而会增加噪声，一般可以大胆的不加，OPA227和OPA228系列一定不要加。

五、同相比例运算放大器

Uo=(1+(RF/R))Ui, 由于1+RF/R必然大于1，故该电路一定会放大输入信号，放大倍数为Au=1+RF/R。同相比例电路的特点为输入阻抗大，接近无穷，输出阻抗很小，所以我们在放大信号时，尽量使用同相比例放大电路。

有些运放比较特殊，要求放大倍数必须大于某值时才稳定，比如下图的OPA847要求放大倍数必须大于5，

六、电压跟随器

如下图所示为电压跟随器，由虚短和虚断可知，u+=ui=u-=uo,该电路实现了输出电压等于输入电压，故称为电压跟随器，由于运放具有高输入阻抗，低输出阻抗的特点，常常把电压跟随器运用在阻抗变换和缓冲级电路中，但是一般的运放不能这么接，需要标注有Unity-Gain Statble的运放才能这么接，比如OPA627、OPA820等等。

如果非单位增益稳定的运放要接成电压跟随器，那么需要在反馈电阻，如下图所示，特别是电流反馈型运放，RF不能少，有些时候还需要在输入端串联一个电阻。为了可兼容性，最好在设计时考虑这两个电阻。

下图所示的OPA227在设计电压跟随器时需要在加入500R的反馈电阻。

下图所示在输入端加入了5K的电阻

七、加法运算电路

如下图所示为加法电路

应用实例

同相加法电路(用的较多)

因为目前单片机大多数ADC基本不能读取负电压，而正弦信号是有负电压的，一般采用同相加法电路对负电压进行抬升，使其电压在X轴之上。

加法器的特殊应用场合：

利用加法电路对多通道运放的调零

八、减法运算电路(差分运算放大电路)

在实际应用场合中，一般使R1=R2=R，R’=RF时，uo=RF*(ui2-ui1)/R。

常规的差分放大电路具有输入电阻不高、有共模输入电压等不足，因此在实际应用场合中常常采用双运放构成减法电路，如下图所示，前级为反相比例，后级为反相加法电路。