上图是一个典型的有源滤波电路，属于赛伦-凯（Sallen-Key）电路，也是巴特沃兹滤波器的一种。采用有源滤波的好处是能让高于截止频率的信号更快衰减，而且对滤波特性而言，电容和电阻的精度要求相对宽松。
设计时要注意以下几点：在满足目标截止频率的前提下，尽量让R233和R230的阻值保持一致，C50和C201的容值也保持一致。当两级RC电路的电阻、电容值分别相等时，就是我们常说的赛伦-凯电路。这样做能在保证滤波性能的同时，减少所需元器件的种类，便于物料管理。电路中，电阻R280的作用是防止输入悬空导致运放输出异常。
在二阶有源低通滤波电路中，最常用的三种类型是：
- 巴特沃兹：响应曲线单调下降，在通带内最为平坦平滑。
- 切比雪夫：衰减速度更快，但通带内会存在纹波。
- 贝塞尔（椭圆）：相移与频率成正比，群延时基本恒定。
其中，巴特沃兹低通滤波里应用最广泛的就是赛伦-凯电路，也就是我们正在分析的这种。
分析一个滤波器，必须清楚它的截止频率，或者能写出其传递函数和频率响应。如果滤波器还具备放大功能，那么它的增益是多少也需要明确。
当两级RC电路的电阻、电容值相等时，就构成了赛伦-凯电路。它在二阶有源电路中引入了一个负反馈，目的是让输出电压在高频段迅速下降。
二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数与一阶电路相同，为 1 + Rf / R1。下面分别是二阶Sallen-Key低通滤波器的电路图及其振幅响应曲线。
该滤波器的截止频率计算公式为：
注：公式中 m 的单位为欧姆(Ω)，n 的单位为微法(uF)。
根据图中参数代入公式，可以计算出截止频率：
运放在电压比较器中的应用
电压比较
上图是一个典型的信号转换电路。它通过比较器LM393，将输入的交流信号转换为同频率的方波信号（存在反相，可通过软件处理）。这种电路在交流信号频率测量中应用非常广泛。
这个电路实质上是过零比较器和深度放大电路的结合。
输出信号被放大了 (1 + R292 / R273) 倍，放大倍数越高，生成的方波上升沿就越陡峭。
电路中还有一个关键电阻R275需要注意，它的阻值决定了方波信号的上升速度。
恒流源电路的设计
如图所示，恒流原理的分析过程如下：
U5B（下边的运放）构成电压跟随器，因此 V1 = V4。
根据运算放大器的“虚短”原理，对于运放U4A（上边的运放）有：V3 = V5。
由以上等式组合运算可得：
当参考电压Vref固定为1.8V，电阻R30取3.6KΩ时，电流恒定输出0.5mA。
这种恒流源电路可以设计出输出不同电流的恒流源。其核心思路是：所有电阻都需采用高精度电阻，且阻值匹配一致。输出电流就等于输入的参考电压（需使用专门的基准电压芯片产生）除以这个电阻值。
但在实际使用中，为了保护恒流源电路，通常会在输出端串联一个二极管和一个电阻。这样做有两个好处：一是防止外部干扰侵入恒流源电路导致损坏；二是当外部负载短路时，能避免对恒流源电路造成冲击。
在整流电路中的应用
整流电路
上述电路实现了一个整流功能，它将输入的一定频率的脉冲信号整流成稳定的直流电平电压，再用这个电压去控制4-20mA电流输出电路的电流大小。这个电路的功能类似于某些具备DAC（数模转换）功能的接口电路。
热电阻测量电路
上图是典型的热电阻或热电偶测量电路。其测量思路是：将一个1-10mA的恒流源施加在传感器负载上，负载上会产生相应的电压。将该电压进行有源滤波处理，然后再对信号进行调理（放大或衰减），最后送入ADC接口进行采集。
应用此电路时，输入端必须施加保护措施，可以并联TVS管。但要注意TVS管的结电容可能对测量精度产生影响。当然，在一些成本敏感的应用场合，上述电路可以简化为下图的形式。
电压跟随器
在运放的使用中，电压跟随器是一种非常常见的应用。这种电路有两个主要优点：一是减小负载对信号源（前级电路）的影响；二是提高信号的带负载能力。
上图是利用运放实现了电阻分压后电压缓冲的功能。首先通过电阻分压得到所需的电压值，然后用运放构成的电压跟随器对该电压进行缓冲输出，从而极大地提高了其输出驱动能力。
单电源的应用
在实际使用运放时，为了保持其良好的频率特性，通常采用双电源供电。但有时受条件限制，我们只有单电源，同样可以实现运放的正常工作。
首先，我们可以利用运放跟随电路，产生一个VCC/2的虚地电压，电路如下。
当然，在一些性能要求不高的场合，也可以直接用电阻分压来获得+VCC/2。但由于电阻分压输出阻抗高、动态响应慢的特性，使用时需要谨慎。
获得稳定的+VCC/2电压后，我们就可以用单电源实现信号的放大功能，如下图所示：
该电路中需满足 R66 = R67 // R68，信号的输出增益为 G = -R67 / R68。
具体应用实例见下图：运放采用单+5V_AD供电，AD芯片的基准电压3.3V由基准电压芯片REF3033产生。这个3.3V再经过电阻分压和运放跟随，得到1.65V的偏置电压，提供给运放的同相输入端。
附：运放的应用要点
发表于 17 小时前
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