首先我们学习运算放大器的几个基本比例运算电路一反向比例运算电路接在同向输入端P和地之间的R就是补偿电阻主要原因就是集成运放的输入极是差分放大电路为了保证差分放大电路输入端外接电阻的对称性需要加个补偿电阻这样才能提高计算精度想要构成运算必须引入负反馈输出电压置零如果反馈回路仍然存在就是电流反馈反馈回路与输入端接在同一端相当于并联反馈接在不同端就是串联反馈并联负反馈减小输入电阻电压负反馈减小输出电阻接下来去求补偿电阻的阻值将输入和输出端都接地看此时同向输入端和反向输入端的电阻让两个相等即可为什么我们希望反向比例运算电路的输入电阻比较大场景 1Rin 选很小比如 1kΩ信号源过来后面相当于接了一个 1kΩ 的电阻到虚地相当于接地。 会从信号源身上抽走很大的电流。 信号源自己有内阻一有大电流流过内阻上面就会分压。 真正送到运放的信号电压直接被压低了信号就不准了。举个生活化例子 电源信号源接一个很小的电阻到地相当于直接接近短路电源电压直接被拉低。场景 2Rin 选大一点比如 10kΩ电阻大回路里面电流就很小。 几乎不从前面的信号源 “抢电流”。 信号源的电压就可以完整送到运放这边信号不会被衰减。✅所以Rin 大一点输入阻抗就大吃电流小不祸害前级信号。输入电阻能无限大吗-不能反相放大倍数增益 - Rf / Rin如果你想要放大 10 倍。Rin10k那 Rf 就得等于 100k。如果你 Rin 干到 1000k1M那 Rf 就要 10M。为了解决输入电阻大时Rf也大的问题我们采用T型网络反向比例运算电路二、同向比例运算电路与电压跟随器下面来讲一下直流电压采样电路输入端利用两个电阻对输入电压进行分压输入为48V通过欧姆定律计算出一个合适的耐压值将分压值给单片机注意这里电阻选型精度要高为百分之一精度越高采样的精度就越高输入进来后经过C36100nf可以滤掉一些高频杂波也可以稳定输入到同向端的电压之后再经过R42电阻到达同向端为什么要加这个电阻当我这边的VDC异常升高可以利用R42起到限流的作用保护运放的同向端输出端也可能输出一个很高的脉冲若没有R43起限流保护作用也可以损坏运放反向输入端中间那些运放组成的电路有什么作用我们来看一下如果中间那部分没有直接让ADC连接分压节点会导致阻抗不匹配问题所以这个运接成电压跟随器电压缓冲同相跟随核心解决阻抗不匹配的问题。左边分压电阻R38240kR4120k都是大阻值电阻分压网络输出阻抗很高单片机 ADC 的输入内部有采样电容ADC 是有输入阻抗要求的。如果直接把高阻抗分压信号直接接到 ADC 引脚ADC 内部采样电容采集的时候会从分压电阻取电流。分压网络输出电阻太大给 ADC 采样电容充放电速度慢会造成采样不准、读数抖动、误差大。运放跟随器的特点同相输入端输入阻抗极高几乎不从前面分压电路抽取电流分压的输出电压不会被拉偏分压算出来的电压就准确。运放输出阻抗极低输出端可以轻松给后面 ADC 的采样电容快速充放电ADC 采样可以快速建立稳定电压采样结果准确。此外运放除了解决阻抗不匹配的问题他还能实现隔离的作用假如这块板子上有PWMI2C,SPI或者有以太网这些高频的时钟信号这些时钟信号可能会反向过来影响我的ADC采样我运放端的地都用AGND单片机的地用DGND把我的数字地和模拟地利用运放隔离开来数字地就不会影响我的模拟保证精度下面讲解一下电流采样电路我们知道ADC采样是无法采集电流的需要将电流值转为电压值我们可以在负载回路里串联一个检流电阻将电路中的电流值转为精密检流电阻两端的电压值利用精密电阻两端的电压差除以电阻值就可以得到电流值根据检流电阻的位置还可以分为低边电流采样和高边电流采样假定电流为1A那么RS1两端的电压就为25mv把25mv的电压给到同向比例放大器根据电路参数得到放大倍数为21倍计算得到放大后的电压VOUTA值为0.525V把放大后的电压输送给电压跟随器INB电压跟随其有高输入阻抗和低输出阻抗的特性实现信号的缓冲最后把电压输送给单片机这里的继电器是用来进行切换高低边电流检测的高边电流检测电路如上根据芯片手册放大倍数为20假设电流为1ARS2两端电压差为25mv那么放大后的信号就为0.5V然后再将放大后的信号输入给电压跟随器最后将信号输送给单片机对于高边电流检测需要考虑共模电压范围这里AD8418范围为-2V---70V通过计算可以得到实际的电流值高边额外增加了高共模运放相比于低边成本高电路也复杂了但是低边检测会引入地电平干扰在大电流的时候非常显著也无法检测负载对地短路而高边检测电路可以判断负载对地短路故障也不需要考虑地电平干扰安全性更高因此低边电流检测适合用于低成本消费电子高边适合用于高安全性高可靠新场景需要实时检测短路或异常电流的场景在一些运放的反馈回路上面的电阻会并联一个电容这个电容有什么用呢该电容是相位补偿电容可以防止自激振荡抑制高频噪声运放的负反馈电路产生自激振荡的幅值条件是环路放大倍数大于1相位条件是放大路径和反馈路径的相位和等于(2n1)Π这个振荡的本质就是负反馈由于某些原因负反馈变为了正反馈即使没有输入信号也会有稳定的信号输出输出信号的相位是滞后输入信号的输出与输入的最大相位差是-90°输出信号的相位是超前输入信号的输出与输入最大的相位差是90°对于标准的放大电路由纯电阻组成相位差不会超过正负180°也就不会产生自激振荡但是实际电路运放输入一般存在电容输出引脚存在负载电容与输出电阻会存在一个频率使得输入信号与输出信号的相位差为-180°满足相位要求的负反馈自激振荡特别当输出电容Ci比较大的时候更容易产生当反馈电阻并联上一个电容后该电容可以起到相位超前补偿的作用减小了上面由于输入电容和负载电阻导致的相位滞后使得反馈环路相位差小于-180°从而破坏了负反馈产生自激振荡的相位条件当输入端瞬间有个高电压输入如果是同向端输入输出也会有个同向的输出反馈到运放的反向输入端由于电容两端电压不能突变运放的负端也会有一个瞬间的高电压两者抵消抑制干扰