運算放大器的應(yīng)用電路(減法運算電路)

以下為減法運算電路的電路圖：

圖一：減法運算電路

(1)電路結(jié)構(gòu)：

兩個輸入信號 Ui1 和 Ui2 分別通過電阻 R1 和 R2 與運算放大器的反相輸入端、以及同相輸入端相連接;運算放大器的同相輸入端對地 接有電阻 R3;反饋電阻 Rf 使運放工作在線性區(qū)，具有“虛短”、“虛斷”兩個特性。

(2)通過疊加定理分析該電路輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系：

因為放大電路工作在線性區(qū)，因而集成放大器的輸入信號與輸出信號滿足線性關(guān)系，而集成運放的外圍電阻都是線性元件，輸入信號 Ui1 和 Ui2 可以看作兩個理想的電壓源，因此，整個電路是一個線性電路。放大電路工作在線性區(qū)，我們即可認為這個電路為線性電路。運用疊加定理可以分析包含多個電源的線性電路。

Ui1 單獨作用時：

Ui2 不起作用，則 Ui2這個信號源按短路處理，即可得到以下等效電路

Ui1單獨輸入等效電路

在該等效電路中，輸入信號 Ui1 與運算放大器的反相輸入端相連，且保持不變。Ui2 不起作用，按電源的短路進行處理(即接地)。對應(yīng)的輸出分量假定為 Uo'[Uo1] 。在這個等效電路中，運算放大器的同相輸入端有兩個接地電阻 R2 和 R3 ，他們并聯(lián)起來可用一個等效電阻來代替。此時的電路可進一步等效為以下形式：

Ui1單獨輸入等效電路

根據(jù)反相比例運算電路的結(jié)論，其輸出分量與輸入分量的關(guān)系式為：

Ui2 單獨作用時：

Ui1 不起作用，則 Ui1這個信號源按短路處理，即可得到以下等效電路：

Ui2單獨輸入等效電路

在該等效電路中，輸入信號 Ui2與運算放大器的同相輸入端相連，且保持不變。Ui1不起作用，按電源的短路進行處理(即接地)。對應(yīng)的輸出分量假定為 U 。

這個電路結(jié)構(gòu)即為前面學(xué)過的同相比例運算電路，但在使用其結(jié)論之間，需要計算同相輸入端的電壓 U+。

根據(jù)“虛斷”，流入運算放大器同相輸入端的電流為0。忽略運算放大器對前面兩個電阻(即電阻 R2 和 R3 )的影響，利用電阻串聯(lián)分壓的原理，即可得到：

再利用同相比例運算電路的結(jié)論，即可得出輸出分量Uo''[Uo2] 與 U+之間的關(guān)系為：

Ui1 與 Ui2 同時作用時：

根據(jù)疊加定理，由多個獨立電源共同作用產(chǎn)生的響應(yīng)，等于每一個獨立電源單獨作用時產(chǎn)生響應(yīng)的代數(shù)和。

而 Uo'與 Uo'' 分別對應(yīng) Ui1與 Ui2 單獨作用時的產(chǎn)生的輸出電壓，則

依據(jù)上述原理：對減法運算放大器變形。如下圖所示。

已知 輸入電壓：Vpp=90mV@20KHz。求輸出電壓Vpp。

經(jīng)詳細計算，代入上圖中的數(shù)值，可得出 此電路放大 約40倍。

仿真分析結(jié)果Vpp=10.5V，與理論計算一致。

【通道3 藍色：反饋信號V2;通道1 紅色：輸入信號;通道2 橙色：輸出信號】