運(yùn)算放大器在各方面有哪些應(yīng)用?
運(yùn)算放大器是一種可放大兩個(gè)輸入端之間的電壓差的IC。運(yùn)算放大器可用于各種應(yīng)用,具體取決于其與外圍元件的搭配。
在絕大多數(shù)的基本電路中,運(yùn)算放大器均用作電壓放大器,可大致分為同相放大器和反相放大器。電壓跟隨器(亦簡稱為“緩沖器”)是一種常用的同相放大器。運(yùn)算放大器也可用作差分放大器、積分電路等。
運(yùn)算放大器廣泛用于各種應(yīng)用??梢院敛豢鋸埖卣f幾乎所有電器中都有運(yùn)算放大器。例如,運(yùn)算放大器可放大來自連接物聯(lián)網(wǎng)的家用電器和測量儀器中各種傳感器的模擬信號。
運(yùn)算放大器除在積分、微分、加減乘除、對數(shù)、指數(shù)等運(yùn)算中運(yùn)用外,用于精密測量,電源控制,通信,信息處理中,構(gòu)成開關(guān)放大器,比較器,有源濾波器,功率發(fā)生器,高增益直流放大器。雙端輸入,單端輸出,其主要參數(shù)有直流參數(shù)和交流參數(shù)。在測控電路和儀器儀表中對信號進(jìn)行處理不僅包括放大和濾波,還包括對信號的各種運(yùn)算,在對信號進(jìn)行放大時(shí),運(yùn)算放大器是一種可供選擇的器件,并且根據(jù)要求有多種選擇,可選擇低噪音放大器,高速放大器,高頻放大器,搞輸入阻抗放大器,精密放大器,低功耗與微功耗的放大器,大功率放大器,低電流放大器,等等。關(guān)鍵是根據(jù)實(shí)際的要求進(jìn)行選擇。
集成運(yùn)算放大器是一種高增益、高品質(zhì)、直接耦合的多級電壓放大器。外界少數(shù)元件就可以對信號進(jìn)行運(yùn)算和處理,盡管他品種繁多,電路千差萬別,但是基本結(jié)構(gòu)相似通常如圖所示輸入級通常采用差分放大電路,以提供與輸出端呈反相或同相的關(guān)系的兩個(gè)輸入端,并利用他的對稱性提高整個(gè)電路的共模抑制比,中間放大級多有具有有源負(fù)載的共射電路組成,其主要作用提供較高的電壓增益。輸出級有互補(bǔ)的推挽電路組成,以降低輸出電阻提高帶負(fù)載的能力;偏置電路視為各級提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn),常采用恒流源的電路。此外還有一些輔助電路如 電平移動(dòng)電路,過載保護(hù)電路,以及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等。
集成運(yùn)算放大器是一種常見的電子元器件,它廣泛應(yīng)用于模擬電路、信號處理、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。集成運(yùn)算放大器主要的功能是放大電壓信號。它可以將微弱的輸入信號放大成為符合實(shí)際需要的信號大小,同時(shí)也可以對信號進(jìn)行濾波、積分、微分等操作。集成運(yùn)算放大器具有高開環(huán)增益、低輸入阻抗、高輸入阻抗等特點(diǎn),這使得它可以在電路中扮演重要的作用。
集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用
1.1 非線性電路
集成運(yùn)算放大器可以用于非線性電路的設(shè)計(jì)和分析,如正弦波振蕩器、方波發(fā)生器、電壓比較器等電路。
1.2 模擬信號處理
在模擬信號處理方面,集成運(yùn)算放大器可以應(yīng)用于濾波、放大、積分、微分等操作。例如,在音頻放大器中使用集成運(yùn)算放大器可以將錄音后的低音頻信號放大到合適的大小。
1.3 數(shù)字信號處理
集成運(yùn)算放大器可以與其他數(shù)字電路結(jié)合使用,實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理功能。例如,它可以用于功率放大器中的比較器電路、DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)電路等。
1.4 加法器、減法器
由集成運(yùn)放可以組成加法器、減法器。這二種電路在各種書刊上介紹得比較多, 這里不再分析。
1.5 儀用放大器
由于各種傳感器輸出的信號一般比較微弱,所以要用高精度的儀用放大器對微小電平 的直流信號進(jìn)行放大,儀用放大器由減法器拓?fù)涠鴣淼?,利用了同相輸入端高阻抗的?yōu)勢。
1.6 濾波器
由集成運(yùn)放可以組成一階濾波器和二階濾波器,其中一階濾波器有20dB每倍頻的幅頻特 性,而二階濾波器有40dB每倍頻的幅頻特性。為了阻擋由于虛地引起的直流電平,在運(yùn)放的輸入端 串入了輸入電容Cin,為了不影響電路的幅頻特性,要求這個(gè)電容是C1的100倍以上,如果濾波器還 具有放大作用,則這個(gè)電容應(yīng)是C1的1000倍以上,同時(shí),濾波器的輸出都包含了Vcc/2的直流偏置,如果電路是最后一級,那么就必須串入輸出電容。
1.7 方波、矩形波信號發(fā)生器
由集成運(yùn)放構(gòu)成的方波信號發(fā)生器電路這里的集成運(yùn)放器作電壓比較器。雙向穩(wěn)壓管VDz 的穩(wěn)定電壓為士Uz 。
1.8 恒流源電路的設(shè)計(jì)
該恒流源電路可以設(shè)計(jì)出其他電流的恒流源,其基本思路就是:所有的電阻都需要采用高精度電阻,且阻值一致,用輸入的參考電壓(用專門的參考電壓芯片)比上阻值,就是獲得的輸出電流。但在實(shí)際使用中,為了保護(hù)恒流源電路,一般會在輸出端串一只二極管和一只電阻,這樣做的好處第一是防止外界的干擾會進(jìn)入恒流源電路,導(dǎo)致恒流源電路的損壞,二是可以防止外界負(fù)載短路時(shí),不至于對恒流源電路造成損壞。
1.9 熱電阻測量電路
電路是典型的熱電阻 / 電偶的測量電路,其測量思路為:將 1-10mA 的恒流源加于負(fù)載,將會在負(fù)載上產(chǎn)生一定的電壓,將該電壓進(jìn)行有源濾波處理,處理后在進(jìn)行信號的調(diào)整(信號放大或衰減),最后將信號送入 ADC 接口。該電路應(yīng)用時(shí),要注意在輸入端施加保護(hù),可以并 TVS,但要注意節(jié)電容對測量精度的影響。
在集成電路的輸入與輸出接入不同的反饋網(wǎng)絡(luò),可實(shí)現(xiàn)不同用途的電路,例如利用集成運(yùn)算放大器可非常方便的完成信號放大、信號運(yùn)算(加、減、乘、除、對數(shù)、反對數(shù)、平方、開方等)、信號的處理(濾波、調(diào)制)以及波形的產(chǎn)生和變換。集成運(yùn)算放大器的種類非常多,可適用于不同的場合.運(yùn)算放大器在電路中發(fā)揮重要的作用,其應(yīng)用已經(jīng)延伸到汽車電子、通信、消費(fèi)等各個(gè)領(lǐng)域,并將在支持未來技術(shù)方面扮演重要角色。在運(yùn)算放大器的實(shí)際應(yīng)用中,設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常遇到諸如選型、供電電路設(shè)計(jì)、偏置電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)等方面的問題。