運算放大器用于二階濾波器和儀表放大器。

在本系列的第 3 部分中，我們描述了如何使用運算放大器構建一些單極點濾波器。

圖 1.雙電容Sallen-Key拓撲實現了二階低通濾波器。

問：我們如何構建高階濾波器？
答：圖1顯示了使用Sallen-Key拓撲的一種低通濾波器方法。它有兩個電容器，是一個二階濾波器。

問：我們如何選擇特定截止頻率的分量值？
答：這取決于我們要設計的濾波器類型。表1列出了幾種類型，我們可以根據優化相位響應和群延遲、通帶幅度平坦度、滾降或紋波的偏好進行選擇。

表 1.過濾器類型和特性。

一旦我們選擇了，我們就可以利用在線過濾器設計工具為我們進行數學運算。表2列出了三個：

表 2.在線運算放大器濾波器設計工具。

問：它們是如何工作的？
答：首先，他們詢問您是否需要低通、高通、帶通或帶阻濾波器。然后，它們會將您帶到一個頁面，讓您指定截止頻率、紋波、直流增益和濾波器類型。在圖 2 中，我選擇了一個低通 1 kHz 巴特沃斯濾波器：

圖 2.濾波器設計工具允許您輸入截止頻率等參數。資料來源：德州儀器（TI）濾波器設計工具。

然后，我單擊“選擇”，該工具將元件值添加到圖 1 的 Sallen-Key 電路中（圖 3）：

圖3.設計工具計算無源元件值。資料來源：德州儀器（TI）濾波器設計工具。

問：等等，那么這是巴特沃斯濾波器還是薩倫鍵濾波器？
答：它是使用 Sallen-Key 拓撲實現的巴特沃斯濾波器。巴特沃斯濾波器可以在其他模擬拓撲中實現，也可以以數字方式實現。關鍵是巴特沃斯響應遵循以下方程，其中 n 等于濾波器順序：

圖 4 繪制了該傳遞函數，并將其與切比雪夫 1 型二階濾波器響應進行了比較。

問：關于運算放大器，我還應該了解哪些信息？
答：對于測試和測量應用，儀表放大器是一個有用的工具。如圖 5 所示，它由兩個緩沖器和一個差分放大器組成，正如我們在第 2 部分中討論的那樣，您可以自己構建一個。但是，您也可以購買封裝版本，讓供應商解決阻抗匹配等問題。

 問：它是如何工作的？
答：差分放大器提供共模抑制。由于所有相關的電阻器RD在圖5中，差分放大器的增益為1，并且V外= V3–V4.但請注意，差分級的輸入阻抗很低，即使使用理想的運算放大器也是如此。如果RD等于 10 kW，差分級輸入阻抗為 20 kW。因此，我們添加了緩沖器以提供高輸入阻抗，這對于測量來自高輸出阻抗傳感器的信號非常有用。

問：什么是R獲得？
答：這是您添加到設置增益的外部電阻器。要查看電阻器對增益的影響，我們可以計算通過它的電流：

我們還可以表達我獲得就V1和V2（請記住，每個緩沖器的反相輸入端的電壓必須等于其同相輸入端的電壓，器件才能在線性范圍內運行）：

然后我們可以計算傳遞函數：

問：還有哪些其他類型的功放？
答：到目前為止，我們已經討論了電壓輸入/電壓輸出運算放大器。相比之下，跨阻放大器具有電流輸入和電壓輸出，跨導放大器具有電壓輸入和電流輸出。下次我們將通過了解這些設備及其應用來結束本系列。