浅谈运放电路。

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      随着第九届的结束，第十届马上又会如火如荼的准备起来了。不少的新鲜血液又会加入智能车这个大家庭，不少新手关于硬件电路这一块就是上网找个电路照着做一遍，然后凑合着用不去分析电路原理，鄙人不才在这里给新手们谈一下放大电路的有关问题。

首先从第七届组委会给出的电磁放大方案开始谈，因为第五届给的是三极管方案我不大喜欢分析三极管放大，个人喜好问题请大家见谅吧。图1是组委会方案，方案的最大优点是元件够少够简洁性能也不错。为什么把放大倍数设为50倍左右呢？因为LMV358的单位增益带宽为1MHZ，我们的输入信号频率为20KHZ。所以放大倍数最大为1M/20H=50。好啦我们先分析电路。

图1

因为运放的输出电压范围不可能超过运放的供电范围，因此此电路只能放大信号的正半轴无法放大信号的负半轴，1脚输出为放大后的半个正弦波如图2所示，从图中可以看出这并不是一个正规的半波，为什么会这样呢？因为LMV358的失调电压还是比较大的，大约有几个毫伏，经过50倍放大后就把信号往上（或往下）移位了上百毫伏。如果输出信号够强那么1脚的输出就变成了幅值为5V的方波。放大器输出的信号电压变化还是很大的不能直接给单片机的ADC，所以又经过了RC滤波将其处理为稳定的直流电压信号。经过RC滤波后电压波动就很小了，这个直流电压的大小为多大呢？当放大器还在线性区即输出为半个正弦波的时候直流信号的大小为：峰值/3.14 (用一个单积分即可证明),当放大器非常饱和即输出为方波的时候直流信号的大小为：2.5V（虽然LMV358为轨对轨但是还是不能输出电源电压，并且考虑的损耗所以这个信号最大为2.4V左右）。

经过简单分析这个电路的缺点就暴露出来了：输出电压范围太窄（0-2.4V）。这个范围对于比较电压0-3.3V的ADC还是可以接受的，不过要想输出2.4V恐怕50倍的放大倍数是远远不够的。怎么解决呢？最简单的办法就是换个带宽够大的放大器，至于其他方法改天再说。

图2

补充内容 (2014-9-15 13:17):
补充内容在22楼和23楼

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未完待续哦

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周末先爽一爽等上班无聊了接着更。不知道为啥这两天登论坛怎么这么卡，比赛那两天都没有这么卡我的网速可是刚刚的。

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咔溜 发表于 2014-9-14 22:23
仪表用运放怎么样？

仪放主要用在对高精度的测量中，在智能车这里没有必要。

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接1楼

就组委会给出的电路来说如果能采集峰值，而不是采集平均值那么输出电压范围不就能增加很多了吗？那么我们就来做一个简单的峰值保持电路。峰值保持电路如图3所示，一个二极管和一个电容就构成了一个简单的峰值保持电路。这个电路的原理很简单，假设输入正弦波的峰值为5V，那么正弦波达到波峰时电容c1也被充电到接近5V，当正弦波开始下降时由于二极管的单相特性C1没有放电回路，因而C1的电压被保护起来只有更高的波峰到来时C1上端的电压才回被改变。问题来了C1的电压只能升不能降我们还咋检测赛道啊？很简单加个负载电阻给C1一个放电回路就好了如图4所示。图4中的RL为什么是51K呢？因为我们小车的舵机周期为20ms，控制周期要跟随舵机周期（控制周期比舵机周期长了不行，太短了也没啥用）。在图4中的时间常数RC为5ms，把C1的电量放光大约需要4RC即20ms，这样能够跟随的上输入信号峰值的变化（因为单片机ADC有一定的漏电流，并且输入信号变化不会太快我们不需要把电放光，因此RL在实际中可以用大一点的还是根据测试来选定）。这个电路的最大输出可达4.2V左右（硅管的导通电压大约0.6V-0.7V，再考虑到各个部分的损耗）。

                              

图3

图4

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现在我们解决了输出电压范围不够大的问题，但是貌似对放大倍数依赖还是很大怎么办呢？我们从头来看这个电路，这个电路是对信号的正半周放大对负半周无视，如果我们能把负半周也利用起来不就把对放大倍数的依赖削弱一半吗？现在我们把电路图修改为图5的样子。

                              

图5

这个电路想必大家都不陌生，全波放大加二倍压检波在技术报告上经常见到，现在简单地分析一下这个电路。这个电路的输入信号分为两个部分，一是经过C1耦合进来的20KHZ交流信号；二是经过R1、R2分压得到的2.5V直流信号。由于隔直电容C2的存在对于直流信号放大器相当于一个跟随器没有放大作用，对于交流信号而言具有50倍左右的放大作用。因此放大器1脚的输出就是放大后的交流信号和2.5V直流信号的叠加，如图6所示（黄线是0V）。这样就完成了全波放大，后边是二倍压整流。当然这是个正向放大还可以把电路做成反向放大的形式如图7所示。关于二倍压整流模电书上还有网上都有解释我说的肯定没有书上说的好我就不废话了。这样的话电路的输出可以达到3.4V左右（两个二极管会消耗掉1.2V还要考虑各个元件的损耗）。

图6

图7

这里所讲的放大器都是5V单电源供电的，所以仿真用的是一款轨对轨运放LMV358，如果要用非轨对轨运放比如op07、NE5532等用5V供电线性区就太窄了，需要比较高的供电电压。这些电路都是做过实物测试的，为了方便就用仿真的形式给大家看。现在就告一段落了以后想起什么再慢慢添吧。

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工大飞虎队007 发表于 2014-9-12 16:23

难道你懂我ID的含义吗？

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囧zZZ 发表于 2014-9-12 17:50

小伙子你知道车佛吗？

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咔溜 发表于 2014-9-14 22:23
仪表用运放怎么样？

仪表放大器其实就是三个普通放大器做的高精度差分放大器，仪表放大器的优势在于高共模抑制比低失调电压等。仪放用于高精度的测量中，比如热电偶温度采集心电图脑电图啥的。并不是说用上仪放我们可以检测的信号电压范围就宽了，用仪放就是杀鸡用牛刀完全没必要。