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用差分电路原理来分析输出电压为何要偏移

时间:2021-03-29 运算放大器,LM339,电阻

差分运算放大电路能够有效地抑制共模信号,只对差分信号进行放大,因此得到了广泛的应用。

  

差分运算放大器能有效地抑制共模信号,但只能放大它们,因此得到广泛应用。

 

差分电路的电路构型

 

图1 差分电路

 

目标处理电压:是采集和处理电压,如系统中母线电压和交流电压的采集和处理。

 

差分同相/反相分压器: 为了获得适合运算放大器处理的电压,需要对高压信号进行分割。如图1所示,对 v1和 v2两端的电压进行分区,最后得到适用于运放处理的电压 vin 和 vin。

 

差分放大电路:

 

反馈,对于运放电路,运放工作在线性区域,所以必须有负反馈,没有反馈(开环),也没有正反馈,是比较器电路,而不是放大器电路。此时运算放大器工作在饱和区或非线性工作区,输出是因饱和而产生的电源电压的幅值。

 

图2是一种带正反馈的运放电路,这里我们就不能叫运算进行放大系统电路了,因为运放的开环控制放大倍数达到理想是无限大,当然中国实际中不可能无限大,所以设计如下数据结构是迟滞电压通过比较器,运放工作在非线性区或饱和区。

 

图2

 

图3仍然是电压比较器的结构,如上所述,运算放大器具有很大的开环增益,没有负反馈,其工作方式类似于非线性区域,用作电压比较器。

 

图3

 

操作放大器,反馈阻力从输出到反端"-"是负反馈,当然,当输出信号不超过供电电压时(注:所有信号的能量源是电源,输出当然不能超过电源振幅),实现的功能是放大信号的功能:当然,在实践中,我们不提倡使用传输和释放做电压比较器,而是选择特殊的比较器,如LM339、LM393、LM211等,因为比较器和传输置于实际的内部设备工作状态上还是不一样的。

 

比较器与限流电阻器“r74、r77”相连。这是因为比较器在振幅切换时,在上升或下降沿对后期电容性负载进行充电和放电。充放电电流实际上来自有源器件比较器。因此,增加限流电阻的目的是为了防止电流冲击。

 

Rc 滤波器: 可以根据需要进行调整,目的是防止输出过冲等信号失真问题

 

差分输入电压的计算

 

图4显示了电路。为了便于计算,我们给出了每个电阻值。

 

差分电路的另一个重要特点是具有对称性,R40=R56及R47=R55,差分分压两个城市支路电阻同时也是一个相等的。

 

图4

 

Vin+和Vin-的值是如何计算的?

 

让我们通过繁琐的计算,然后简化它们。

 

首先,用虚短路法得到运算放大器的5针同相端和6针同相端,其中系数6表示6个100k电阻

 

 

那么 vin 可以通过分压关系得到:

 

 

获取车辆识别号:

 

 

然后你得到Vin+减去Vin-的值。

 

事实上,还有一个简单的方法来获得Vin加减Vin-的价值,使用虚拟短功能的操作,电路可以等同于:

 

图5

 

图6

 

所以很容易计算出Vin+减去Vin-的值,这只是一个简单的分压电路,计算如下:

 

 

差分电压输入值为0.84 v。

 

差分放大电路的计算

 

图7

 

计算公式的推导仍然遵循运算放大器的虚短和虚断特性。当R56=R40,R47=R55时,差值计算可简化如下:

 

 

实际发展应用系统电路中,我们可以为了简化计算,也是用最简方法通过计算,经常需要使用的电路设计也是上述电路,令电阻相等关系,简化计算。

 

放大器电路的“偏置计算”

 

为什么要抵消输出电压?这是因为,如果我们的采样芯片和 MCU 在收集负值时勉强支持负采样,则必须进行偏移,以便输出始终为正值。

 

在偏置电路中,如图8所示,我们将一个电压值(也称为偏置电压)连接到原始同相电阻接地的地方。那么最后的表达是什么呢?

 

图8

 

使用这个重叠定理,我们最终得到:

 

 

这里公式的建立保证了R64=R72,R73=R57,所以最终的失调公式是在原来的基础上加一个2.5V_Ref的电压失调:

 

 

只要根据实际应用程序选择合适的偏移量,输出总是为正值。

 

图9

 

例如,在图9中,如果输入电压为 -100v,那么最终的输出电压是:

 

 

这样将负电压转移到正电压,处理器就满足了处理器的处理要求。偏移电路广泛应用于收集交流电并具有负DC电压的控制电路中。


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