运算放大器典型应用电路解析：偏置放大、驱动增强与电流检测

运算放大器作为模拟信号处理的核心器件，其灵活的拓扑结构可实现从信号调理到功率驱动的多种功能。中微爱芯代理商-中芯巨能结合中微爱芯（I-CORE）产品，解析五类典型运放应用电路的设计要点与工程考量。

1. 信号偏置与放大：0–5V → ±10V 转换

在工业控制或数据采集系统中，常需将单极性传感器信号（如 0–5V）转换为双极性输出（如 –10V 至 +10V）。图一采用 两级运放架构 实现该功能：

图一、基于AiP072与AiP431A的信号偏置与放大电路

第一级：基于 AiP072 构建同相求和电路，引入 AiP431A 提供 2.5V 基准，输出 VX=VI−2.5，范围为 –2.5V 至 +2.5V；

第二级：同相比例放大，增益设为 4（R5=3R4），最终输出 VO=4VI−10，即 0V 输入对应 –10V，5V 对应 +10V。

设计关键：确保两级电源支持 ±12V 或更高，且 AiP072 具备轨到轨输出能力以覆盖全量程。

2. 驱动能力增强：运放+功率管组合

通用运放输出电流通常 ≤20mA，难以驱动继电器、电机等负载。图二通过外接 NPN 功率晶体管 Q1 扩流：

图二

运放维持虚短（V+=V−=Vi），反馈网络设定闭环增益 Av=1+R2/R1；

输出电流由 Q1 提供，可达数百 mA 甚至安培级，远超运放自身能力；

注意：需增加基极限流电阻防过流，并评估 Q1 的功耗与散热。

此方案成本低于专用功率运放，适用于中低频大电流驱动场景。

3. 电流检测：低侧 vs 高侧采样

低侧采样（图三）在接地回路串入采样电阻 Rshunt，用单运放放大压降。优点是电路简单，但会引入地弹噪声，影响系统参考地稳定性。

图三、低边电流检测

高侧采样（图四）将采样电阻置于电源侧，避免干扰地平面，但要求运放具备高共模抑制比（CMRR）。中微爱芯 AiP8199（30V 共模）和 AiP8280（120V 共模）专为此设计，内置精密增益（如 100×），无需外接增益电阻，抗干扰能力强。

图四

替代提示：AiP8199 可直接替代 TI INA138/INA136，其固定增益避免了外接 RL 电阻带来的误差风险。

此外，AiP8199 与双运放 AiP8552 组合可构建仪表放大器（图五），实现可调增益与高 CMRR。

图五

4. 二阶有源低通滤波

无源 RC 滤波受负载影响大。加入运放构成 Sallen-Key 二阶低通（图六），可实现陡峭滚降（–40dB/dec）且输出阻抗低。截止频率 

图六

1，Q 值由反馈网络调节。适用于 ADC 前端抗混叠或信号平滑。

5. 对数放大：宽动态范围压缩

对于光强、音频等动态范围 >80dB 的信号，线性放大易饱和。利用三极管 PN 结的指数特性

，构建对数放大器（图七）：

图七、三极管与AiP8551构成的对数放大

输出 

，将输入指数变化压缩为线性输出；

使用 AiP8551 等低偏置电流运放，避免基极电流引入误差；

温度补偿至关重要（VT=kT/q），实际设计常配对管抵消温漂。

总结

运放的灵活性在于其“黑盒”特性——只要满足虚短虚断，即可通过外围网络实现复杂功能。工程师应根据应用场景，在精度、带宽、驱动能力与成本间权衡。中微爱芯提供的 AiP072、AiP8199、AiP8551 等系列器件，覆盖从通用到专用需求，为国产化模拟设计提供可靠支撑。

如需文章中的产品规格书、样片测试、采购、技术支持等需求，请加客服微信：13310830171。

中微爱芯代理商-深圳市中芯巨能电子有限公司，为制造业厂家的工程师或采购提供选型指导+数据手册+样片测试+技术支持等服务。