運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路(減法運(yùn)算電路)

以下為減法運(yùn)算電路的電路圖：

圖一：減法運(yùn)算電路

(1)電路結(jié)構(gòu)：

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

(2)通過(guò)疊加定理分析該電路輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系：

因?yàn)榉糯箅娐饭ぷ髟诰€性區(qū)，因而集成放大器的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)滿足線性關(guān)系，而集成運(yùn)放的外圍電阻都是線性元件，輸入信號(hào) Ui1 和 Ui2 可以看作兩個(gè)理想的電壓源，因此，整個(gè)電路是一個(gè)線性電路。放大電路工作在線性區(qū)，我們即可認(rèn)為這個(gè)電路為線性電路。運(yùn)用疊加定理可以分析包含多個(gè)電源的線性電路。

Ui1 單獨(dú)作用時(shí)：

Ui2 不起作用，則 Ui2這個(gè)信號(hào)源按短路處理，即可得到以下等效電路

Ui1單獨(dú)輸入等效電路

在該等效電路中，輸入信號(hào) Ui1 與運(yùn)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(jìn)行處理(即接地)。對(duì)應(yīng)的輸出分量假定為 Uo'[Uo1] 。在這個(gè)等效電路中，運(yùn)算放大器的同相輸入端有兩個(gè)接地電阻 R2 和 R3 ，他們并聯(lián)起來(lái)可用一個(gè)等效電阻來(lái)代替。此時(shí)的電路可進(jìn)一步等效為以下形式：

Ui1單獨(dú)輸入等效電路

根據(jù)反相比例運(yùn)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(dú)作用時(shí)：

Ui1 不起作用，則 Ui1這個(gè)信號(hào)源按短路處理，即可得到以下等效電路：

Ui2單獨(dú)輸入等效電路

在該等效電路中，輸入信號(hào) Ui2與運(yùn)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(jìn)行處理(即接地)。對(duì)應(yīng)的輸出分量假定為 U 。

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

根據(jù)“虛斷”，流入運(yùn)算放大器同相輸入端的電流為0。忽略運(yùn)算放大器對(duì)前面兩個(gè)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(yùn)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(shí)作用時(shí)：

根據(jù)疊加定理，由多個(gè)獨(dú)立電源共同作用產(chǎn)生的響應(yīng)，等于每一個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生響應(yīng)的代數(shù)和。

而 Uo'與 Uo'' 分別對(duì)應(yīng) Ui1與 Ui2 單獨(dú)作用時(shí)的產(chǎn)生的輸出電壓，則

依據(jù)上述原理：對(duì)減法運(yùn)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(xì)計(jì)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(jì)算一致。

【通道3 藍(lán)色：反饋信號(hào)V2;通道1 紅色：輸入信號(hào);通道2 橙色：輸出信號(hào)】