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愛浦DC-DC模塊電源運放基本電路全解析2

技術中心

Technology

愛浦DC-DC模塊電源運放基本電路全解析2

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2019/11/12
瀏覽量
2.1 放大
放大電路有兩個基本類型:同相放大器和反相放大器。他們的交流耦合版本如圖三所示。對于交流電路,反向的意思是相角被移動180度。這種電路采用了耦合電容 ――Cin 。Cin被用來阻止電路產生直流放大,這樣電路就只會對交流產生放大作用。如果在直流電路中,Cin被省略,那么就必須對直流放大進行計算。
在高頻電路中,不要違反運放的帶寬限制,這是非常重要的。實際應用中,一級放大電路的增益通常是100倍(40dB),再高的放大倍數將引起電路的振蕩,除非在布板的時候就非常注意。如果要得到一個放大倍數比較的大放大器,用兩個等增益的運放或者多個等增益運放比用一個運放的效果要好的多。
 
2.2 衰減
傳統的用運算放大器組成的反相衰減器如圖四所示。
 
在電路中R2要小于R1。這種方法是不被推薦的,因為很多運放是不適宜工作在放大倍數小于1倍的情況下。正確的方法是用圖五的電路
 
在表一中的一套規格化的R3 的阻值可以用作產生不同等級的衰減。對于表中沒有的阻值,可以用以下的公式計算
R3=(Vo/Vin)/(2-2(Vo/Vin))
如果表中有值,按以下方法處理:
為Rf和Rin在1K到100K之間選擇一個值,該值作為基礎值。
將Rin 除以二得到RinA 和RinB。
將基礎值分別乘以1 或者2 就得到了Rf、Rin1 和Rin2,如圖五中所示。
在表中給R3 選擇一個合適的比例因子,然后將他乘以基礎值。
比如,如果Rf是20K,RinA和RinB都是10K,那么用12.1K的電阻就可以得到-3dB的衰減。
 
圖六中同相的衰減器可以用作電壓衰減和同相緩沖器使用。
 
2.3 加法器
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。
 
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)。
 
2.5 模擬電感
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。
 
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
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。
 
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。
 
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。
 
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。
 

 

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