**这是本文档旧的修订版!**

通用运算放大器模块

模块描述

提供一个“万能模拟积木”:可做放大、滤波、缓冲、比较(不推荐用运放当比较器)、积分/微分、偏置/电平移位、单端↔差分转换等。

原理

基于运放的负反馈:

  • 反相/同相放大:由 Rf/Rin 设置增益
  • 电压跟随:输出驱动能力增强、隔离前后级
  • 有源滤波:Sallen-Key / MFB(多反馈)
  • 单电源场景:通过虚拟地(Vref=Vcc/2)实现双极性信号处理

接口

  • 电源:V+ / V-(可单电源 3.3V/5V,也可 ±5V/±12V)
  • 信号:IN+、IN-、OUT(可做多路:双运放/四运放)
  • 参考:Vref(单电源偏置用,可选)
  • 配置端子:增益电阻/电容的插针位(便于换值)

板上设置

  • 增益选择:电阻阵列/拨码/跳帽(如 ×1/×2/×5/×10)
  • 输入耦合:AC/DC耦合跳帽,输入保护(串阻+钳位二极管)
  • 稳定性:预留补偿电容位(Ccomp),输出串联隔离电阻(Riso)应对容性负载
  • 供电去耦:每颗运放近端 0.1µF + 1µF,模拟地完整回流

电气指标(关键指标)

选型时看这些就够“电赛工程化”:

  • 供电范围:2.7–5.5V(常见)或更宽(±12V)
  • 输入共模范围:是否到地/到电源(RRIO:Rail-to-Rail In/Out)
  • 输出摆幅:离电源轨还差多少 mV(决定低压动态范围)
  • GBW(增益带宽积):1MHz/10MHz/50MHz(决定能放多快)
  • Slew Rate(转换速率):0.5–10 V/µs(波形会不会“跟不上”)
  • 输入失调 Vos:10µV–5mV(直流精度)
  • 噪声密度:nV/√Hz(低噪声前端)
  • 输出驱动:可带负载电阻/容性负载能力、短路保护

典型元器件(按场景给一组更实用的)

  • 通用低成本:LM358/LMV358(入门常见,速度一般)
  • 单电源 RRIO:MCP6002、OPA2333(零漂低失调)、TLV9062(更快)
  • 中高速:OPA356/OPA350、AD8606(看供货与预算)
  • 精密低漂:OPA333/OPA188、AD8628
  • 仪表级/差分(若扩展):INA826/INA128、AD8421(更高要求)
  • 配套:精密电阻 0.1%(增益准确)、C0G电容(滤波稳定)、ESD二极管、TVS(外部接口)

使用说明

  1. 先明确“信号幅度/频率/供电”→ 决定 RRIO、GBW、SR
  2. 用单电源做交流处理:先给 Vref(中点偏置),输入/输出都围绕 Vref 摆动
  3. 做滤波:优先二阶 Sallen-Key(直观、调试快),电容用 C0G/NP0
  4. 输出接 ADC:建议加 RC 抗混叠 + 保护限流,避免运放直接硬怼采样电容

关联赛题

  • 传感器信号调理(热电偶/应变片/光电/电流采样)
  • 简易示波器/信号采集前端、AGC/包络/峰值检测
  • 电源类的误差放大、采样缓冲、环路补偿
  • 任何需要“把模拟信号变得更好喂给ADC”的题