運算放大器電路全集

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

圖七是一個反相加法器，他是一個基本的音頻混合器。但是該電路的很少用于真正的音頻混合器。因為這會逼近運放的工作極限，實際上我們推薦用提高電源電壓的辦法來提高動態范圍。

同相加法器是可以實現的，但是是不被推薦的。因為信號源的阻抗將會影響電路的增益。

圖七

2．4 減法器

就像加法器一樣，圖八是一個減法器。一個通常的應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

圖九的電路是一個對電容進行反向操作的電路，它用來模擬電感。電感會抵制電流的變化，所以當一個直流電平加到電感上時電流的上升是一個緩慢的過程，并且電感中電阻上的壓降就顯得尤為重要。

圖九

電感會更加容易的讓低頻通過它，它的特性正好和電容相反，一個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，對頻率是無窮大的信號有無窮大的阻抗。

如果直流電壓突然通過電阻R1 加到運放的反相輸入端上的時候，運放的輸出將不會有任何的變化，因為這個電壓同過電容C1 也同樣加到了正相輸出端上，運放的輸出端表現出了很高的阻抗，就像一個真正的電感一樣。

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

當電容C1 完全被充滿時，電阻R1 限制了流過的電流，這就表現出一個串連在電感中電阻。這個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存能量，真正的電感由于磁場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放輸出電壓的擺幅，所以響應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小電平信號直流信號進行放大的場合，他是由減法器拓撲而來的。儀用放大器利用了同相輸入端高阻抗的優勢。基本的儀用放大器如圖十所示。

圖十

這個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。這個電路實際上是一個單電源的應變儀。這個電路的缺點是需要完全相等的電阻，否則這個電路的共模抑制比將會很低。

圖十中的電路可以簡單的去掉三個電阻，就像圖十一中的電路。

圖十一

這個電路的增益非常好計算。但是這個電路也有一個缺點：那就是電路中的兩個電阻必須一起更換，而且他們必須是等值的。另外還有一個缺點，第一級的運放沒有產生任何有用的增益。

另外用兩個運放也可以組成儀用放大器，就像圖十二所示。

圖十二

但是這個儀用放大器是不被推薦的，因為第一個運放的放大倍數小于一，所以他可能是不穩定的，而且Vin －上的信號要花費比Vin ＋上的信號更多的時間才能到達輸出端。

這節非常深入地介紹了用運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，在運放的輸入端串入了電容。這個電容實際上是一個高通濾波器，在某種意義上說，像這樣的單電源運放電路都有這樣的電容。設計者必須確定這個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受到這個輸入電容的影響。如果這個濾波器同時還有放大作用，這個電容的容量最好是電路中其他電容容量的1000 倍以上。如果輸入的信號早就包含了VCC/2 的直流偏置，這個電容就可以省略。

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，那么就必須串入輸出電容。

這里有一個有關濾波器設計的協定，這里的濾波器均采用單電源供電的運放組成。濾波器的實現很簡單，但是以下幾點設計者必須注意：

1. 濾波器的拐點(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完全理想的濾波器是無法用一個運放組成的。即使可能，由于各個元件之間的負雜互感而導致設計者要用非常復雜的計算才能完成濾波器的設計。通常對波形的控制要求越復雜就意味者需要更多的運放，這將根據設計者可以接受的最大畸變來決定。或者可以通過幾次實驗而最終確定下來。如果設計者希望用最少的元件來實現濾波器，那么就別無選擇，只能使用傳統的濾波器，通過計算就可以得到了。

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

文氏濾波器對所有的頻率都有相同的增益，但是它可以改變信號的相角，同時也用來做相角修正電路。圖十五中的電路對頻率是F 的信號有90 度的相移，對直流的相移是0度，對高頻的相移是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明者命名。他們中的少數幾個至今還在使用。有一些二階濾波器的拓撲結構可以組成低通、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撲結構，只是將那些容易實現和便于調整的列了出來。

二階濾波器有40dB 每倍頻的幅頻特性。

通常的同一個拓撲結構組成的帶通和帶阻濾波器使用相同的元件來調整他們的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 濾波器可以準確的計算出拐點頻率，Chebyshev 和Bessell濾波器只