浅谈运放电路。

围场最黑窝窝头

      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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工大飞虎队007 发表于 2014-9-12 16:23

难道你懂我ID的含义吗？

Quixote

aytc100

qinlu123 发表于 2020-6-24 09:30
其实23楼提供的电路并不是特别好，一是电路比较复杂器件太多，二是电路的输入阻抗太小（（R1//R2）+R3）。 ...

实际上直流分量稍微偏一点也不是事儿，因为后级电路是取交流分量做二倍压的。直流分量偏离1/2vcc只会在信号接近饱和的时候稍早一点出现非线性而已

qinlu123

其实23楼提供的电路并不是特别好，一是电路比较复杂器件太多，二是电路的输入阻抗太小（（R1//R2）+R3）。下面再给出一个方案如下图所示，通过仿真图可以看出和23楼效果一样。但是有一个小问题，放大后的正弦波的直流分量(共模电压)并不是2.5V而是稍稍往上偏了，为什么会这样呢？这是因为LMV358的Vos太大了，并且这个电路会对Vos进行放大（而23楼的图不会对Vos进行放大，通过节点电流法可以轻松证明）。但这并不是事，现在好多放大器的Vos轻松实现uV级别价格还便宜（好多国产放大器已经很优秀了）可以轻松胜任电磁信号的运放。图中的2.5V花一两块钱买个基准源就行了（所有电磁放大共用一个基准源就行）。最后说一句，如果用3.3V给放大器供电记得把基准源换成3.3V的一半大小也就是1.65V。PS：二倍压电路没有画出来不代表不用哦。

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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

qinlu123

aytc100 发表于 2020-6-24 16:14
实际上直流分量稍微偏一点也不是事儿，因为后级电路是取交流分量做二倍压的。直流分量偏离1/2vcc只会在信 ...

是的，二倍压电路取信号的峰峰值和信号的直流分量没关系，只是直流分量偏移会使放大倍数不能调到最大，会比不偏更早地出现削波（饱和失真和截止失真）。

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满满的干货   大佬不要停

小橙子

可以单电源供电

zhongmulin

楼主，我用multisim仿真类似的电路图（只是把你上面的图的LMV358改成了LM358），但示波器观察却不是半个正弦波，是整个正弦波。用proteus能仿真出你上面的结果。不知道是哪里出了问题，能帮忙看一下吗？

你好智能车

好贴  谢谢了

等待…

楼主为啥我按你的那个电路图焊的洞洞测试板，电压值衰减的特快？

墨念

:kiss::kiss::kiss::kiss::kiss::kiss::kiss: