電路設計必備之--差分放大、加減法運算、光耦、電壓電流採樣

 

一、 差分放大電路

上圖爲典型的差分放大電路,也屬於減法電路。

其輸出公式爲:UO=(R2+R4)×R3×U1/[(R1+R4)×R2]-R4×U2/R2。

實際應用的時候,一般取R1=R2,R3=R4,則輸出電壓爲:UO=(U1-U2) ×R4/R1。

 

二、 反相加法電路

上圖爲反相加法電路,根據“虛斷”、“虛短”可求得它的輸出電壓運算公式爲:UO= -Rf(U1/R1+U2/R2+U3/R3),

一般我們取R1=R2=R3,則輸出電壓爲:UO= - Rf / R1 × (U1+U2+U3)。

平衡電阻Re=R1//R2//R3//Rf。

 

三、 同向加法電路

上圖爲同相加法電路,可以根據“虛斷”、“虛短”和戴維寧定理進行計算,

輸出公式爲:UO=(1+Rf/R1)[U1×Ri2// Ri3/( Ri1+ Ri2// Ri3)+ U1×Ri1// Ri3/( Ri2+ Ri1// Ri3)+ U1×Ri1// Ri2/( Ri3+ Ri1// Ri2)],

當Ri1= Ri2= Ri3時,UO=1/3×(U1+U2+U3) ×(1+Rf/R1),

若取Rf=2 Ri1,則UO=U1+U2+U3,是一個完美的加法電路。

 

四、光耦電路

光耦發光二級管的輸入電阻要根據光耦的工作電流進行計算,不要隨便選取,否則會導致電路無效或者可靠性不高,損壞元器件。光耦的工作電流一般1mA-80mA之間,實際情況要根據芯片資料所提供的參數進行計算。一般情況選取5mA-20mA都是可以的,當然有的光耦比較靈敏1mA電流以下也能正常工作,設計電路時也是需要考慮的,否則會引起誤動作,導致產品功能故障。

 

五、一種常用的電壓採樣電路

 

如圖所示該電路中,輸入電壓(V_IN)經過電阻R47和R50、R51分壓後經過差分跟隨運放電路,然後經過RC低通濾波器進行濾波輸入至ADC採樣(DSP、單片機ADC採樣接口或ADC採樣芯片),經過處理後得到相應的ADC採樣數字信號。

該電路後面接了一個電壓跟隨器,用作緩衝級或隔離級,提高輸入阻抗,降低輸出阻抗。

 

六、一種常用的電流採樣電路

如圖所示該電路中,採樣電阻爲R62(此處50mΩ),當電流流過採樣電阻R62時,即將電流轉化爲相應的微小電壓,然後經過差分放大(假設電流爲1A,則採樣電阻R62兩端的電壓爲50mV,在經過差分運放放大,該差分運放放大倍數爲24k/2.49k≈9.64(倍),即放大後輸出電壓約爲0.482V。),濾波後輸入至ADC採樣接口。

 

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