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减法运算电路的结构和分析计算

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jyx007|  楼主 | 2022-7-12 15:29 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
以下为减法运算电路的电路图:

图一:减法运算电路

(1)电路结构:

两个输入信号 Ui1 和 Ui2 分别通过电阻 R1 和 R2 与运算放大器的反相输入端、以及同相输入端相连接;运算放大器的同相输入端对地 接有电阻 R3;反馈电阻 Rf 使运放工作在线性区,具有“虚短”、“虚断”两个特性。

(2)通过叠加定理分析该电路输入信号与输出信号之间的关系:

因为放大电路工作在线性区,因而集成放大器的输入信号与输出信号满足线性关系,而集成运放的外围电阻都是线性元件,输入信号 Ui1 和 Ui2 可以看作两个理想的电压源,因此,整个电路是一个线性电路。放大电路工作在线性区,我们即可认为这个电路为线性电路。运用叠加定理可以分析包含多个电源的线性电路。

Ui1 单独作用时:
Ui2 不起作用,则 Ui2这个信号源按短路处理,即可得到以下等效电路

Ui1单独输入等效电路
在该等效电路中,输入信号 Ui1 与运算放大器的反相输入端相连,且保持不变。Ui2 不起作用,按电源的短路进行处理(即接地)。对应的输出分量假定为 Uo'[Uo1] 。在这个等效电路中,运算放大器的同相输入端有两个接地电阻 R2 和 R3 ,他们并联起来可用一个等效电阻来代替。此时的电路可进一步等效为以下形式:

Ui1单独输入等效电路

根据反相比例运算电路的结论,其输出分量与输入分量的关系式为:

Ui2 单独作用时:
Ui1 不起作用,则 Ui1这个信号源按短路处理,即可得到以下等效电路:

Ui2单独输入等效电路

在该等效电路中,输入信号 Ui2与运算放大器的同相输入端相连,且保持不变。Ui1不起作用,按电源的短路进行处理(即接地)。对应的输出分量假定为 U 。

这个电路结构即为前面学过的同相比例运算电路,但在使用其结论之间,需要计算同相输入端的电压 U+。

根据“虚断”,流入运算放大器同相输入端的电流为0。忽略运算放大器对前面两个电阻(即电阻 R2 和 R3 )的影响,利用电阻串联分压的原理,即可得到:

再利用同相比例运算电路的结论,即可得出输出分量Uo''[Uo2] 与 U+之间的关系为:


Ui1 与 Ui2 同时作用时:
根据叠加定理,由多个独立电源共同作用产生的响应,等于每一个独立电源单独作用时产生响应的代数和。

而 Uo'与 Uo'' 分别对应 Ui1与 Ui2 单独作用时的产生的输出电压,则

依据上述原理:对减法运算放大器变形。如下图所示。

已知 输入电压:Vpp=90mV@20KHz。求输出电压Vpp。

经详细计算,代入上图中的数值,可得出 此电路放大 约40倍。

仿真分析结果Vpp=10.5V,与理论计算一致。

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王栋春 2022-7-12 23:07 回复TA
资料倒是不错,无奈没有图片呀。 

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