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比例運算電路基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

EtonSmt888 ? 來源:硬件測試雜談 ? 作者:硬件測試雜談 ? 2022-10-19 09:09 ? 次閱讀

實際應(yīng)用中,常要獲取兩個信號的差值或?qū)Χ鄠€模擬信號進行疊加混合,這時就要使用信號疊加電路和求差電路。圖一所示的反相比例和同相比例電路是比例運算電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以此為基礎(chǔ),利用疊加原理和戴維南定理就可以構(gòu)造出信號疊加電路和求差電路。

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圖一 比例運算電路基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一. 信號疊加分同相疊加和反相疊加,圖二為信號同相疊加電路,其戴維南等效電路如圖二右側(cè)所示。

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圖二 同相疊加及其等效電路

從圖二可看出,等效電路就是圖一(b)所示的基本同相比例電路,利用疊加原理得P點開路電壓 Us=1/3(Ui1+Ui2+Ui3),電壓源等效內(nèi)阻R0=R//R//R;直接套用基本同相比例電路的公式,可得:

Uo=(1+R/0.5R)*Us=Ui1+Ui2+Ui3 , 輸出為三個輸入信號的同相疊加。

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圖三 反相疊加與等效電路

圖三為信號反相疊加電路,其輸出等于各個輸入信號單獨作用時的輸出之和,當(dāng)Ui1單獨作用時,將Ui2、Ui3對地短路,此時的等效電路 如圖三右側(cè)所示。因同相端接地,反相端為虛地點,即N點為零電位,R2、R3上沒有電流,可以認(rèn)為R2、R3 存在與否對電路無影響,即可以拿掉,等效電路就和圖一(a)的基本反相比例電路相同,直接套用反相比例電路公式,得Ui1單獨作用時的輸出:Uo1=-Rf/R1*Ui1 ; 同理可得:Uo2=-Rf/R2*Ui2 ; Uo3=-Rf/R3*Ui3 ; 總輸出Uo=Uo1+Uo2+Uo3 ;當(dāng)Rf=R1=R2=R3時, Uo=-(Ui1+Ui2+Ui3),完成了輸入信號的反相疊加。

二.采用不同思路可構(gòu)成不同的求差電路。用信號反相并求和的思想,可以得到圖四所示的減法電路。

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圖四 信號反相與疊加實現(xiàn)的求差電路

該電路由兩級運放構(gòu)成,其中A1構(gòu)成反相器,A2構(gòu)成兩信號反相疊加電路,圖中運放同相端并聯(lián)的電阻,是為了運放兩輸入端的電阻平衡。第一級輸出Uo1=-Ui2 ; 按圖三反相疊加電路的結(jié)論,得該電路輸出為:Uo=-(Uo1+Ui1)=Ui2-Ui1 ,實現(xiàn)了信號的求差運算。

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圖五 差分電路實現(xiàn)的求差電路

圖五是按同相比例和反相比例相結(jié)合的思想,利用差分電路構(gòu)成的求差電路,與圖四相比,只用一個運放單元,但該電路不能用虛地概念,運放兩輸入端存在共模電壓,實際使用時,應(yīng)盡量選高共模抑制比的運放。當(dāng)Ui1單獨作用時,等效電路如圖五(b)所示,為基本反比例電路,此時Uo1=-Ui1 ; 當(dāng)Ui2單獨作用時,利用戴維南定理,將電路等效為圖五(c)所示電路,其為基本同相比例電路,P點開路電壓Us=R/(R+R)*Ui2=0.5Ui2 ; 等效電源內(nèi)阻R0=R//R ; 直接套用同相比例電路公式, 得Uo2=(1+R/R)*Us=Ui2 ; 電路輸出Uo=Uo2+Uo1= Ui2-Ui1 ; 實現(xiàn)了信號求差運算。

審核編輯:彭靜
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原文標(biāo)題:信號疊加和求差電路

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