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" b3 D& j. k" p7 N) U2 v8 x7 Z8 x) ?差分運算放大電路,對共模信號得到有效抑制,而只對差分信號進行放大,因而得到廣泛的應(yīng)用。
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差分電路的電路構(gòu)型# U- @) F2 K# G1 S- B R
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% R# Y2 Z/ m) w* d圖1:差分電路
% C- ^7 n0 y4 k- ]: e5 R; }目標處理電壓:是采集處理電壓,比如在系統(tǒng)中像母線電壓的采集處理,還有像交流電壓的采集處理等。$ Y! t% i, G0 t5 W
差分同相/反相分壓電阻:為了得到適合運放處理的電壓,需要將高壓信號進行分壓處理,如圖1中V1與V2兩端的電壓經(jīng)過分壓處理,最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。: t0 o8 T) [3 K
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, V# g- o! H F& w# K( L. I5 F
差分放大電路$ H, i/ @, O9 b3 B3 _& A6 X
- {# k% ~1 S6 \- E8 a7 p反饋,對于運算放大電路來說,運放工作在線性區(qū),所以這里一定是負反饋,沒有反饋(開環(huán))或者是正反饋,那是比較器電路而不是放大電路,這時候運放工作在飽和區(qū)或稱為非線性工作區(qū),正因為飽和,輸出才是電源電壓的幅值。6 T- u3 U; U, p3 S' U
圖2是一種帶正反饋的運放電路,這里就不能叫運算放大電路了,因為運放的開環(huán)放大倍數(shù)理想是無限大,當然實際中不可能無限大,所以如下結(jié)構(gòu)是遲滯電壓比較器,運放工作在非線性區(qū)或飽和區(qū)。
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2 U4 y; f/ M- @! L& O圖2: Q) S1 `% Q9 X+ g% h' F$ G# V5 `
圖3,依然是電壓比較器結(jié)構(gòu),上面已經(jīng)提到,運放開環(huán)增益很大,不帶負反饋,工作就如非線性區(qū),當做電壓比較器來使用。0 J5 i/ r% d w/ g# t+ d! g
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5 E: {1 ^7 `' w5 L) U5 v e圖3- G0 q! Q6 F% n& E, i
運算放大器,反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋,當然在輸出信號不超過電源電壓時(注:一切信號的能量來源是電源,輸出當然不可能超過電源幅值),實現(xiàn)的功能就是放大信號的功能;接到同相端"+"就是正反饋,電路功能是電壓比較器。
6 p) H6 W |' N+ }# `5 k, C, C+ C當然在實際當中我們并不提倡用運放去做電壓比較器,而是選用專用的比較器,如LM339、LM393、LM211等,因為比較器和運放在實際當中內(nèi)部器件的工作狀態(tài)還是有區(qū)別的。' U! P: z) C3 D5 F. F
比較器接了限流電阻—"R74、R77",這是因為比較器在幅值切換時,快速上升或下降沿對后級容性負載進行充放電,這個充放電電流確來自這個有源器件—比較器,因此加限流電阻目的是防止電流沖擊。
+ p- s: N7 n4 C% O. o0 oRC濾波:可以酌情調(diào)節(jié),目的是防止輸出過沖等信號失真問題。
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1 o( [5 M2 H: B
/ B" { @( M1 f2 b! n5 m! U& S" [; [7 E差分輸入電壓的計算
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. _( h1 _4 q5 D: y; P* D2 q圖4電路,為了便于計算,我們給定每個阻值。
2 v$ ` v! v) `. }) C& ] q3 \差分電路的另一個特點是對稱性,R40=R56及R47=R55,差分分壓兩個支路電阻也是相等的。
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圖46 U7 g$ X% O+ T: ^+ h+ I
Vin+和Vin-的值是如何計算的?
. T! ~5 f) w; X i/ r1 H8 @我們先通過繁瑣的計算來得到,然后再簡化計算。0 V# X1 g3 y: D8 ~0 j1 o) V- U
首先,運放的同相端5引腳和反相端6引腳,利用"虛短"得到,其中系數(shù)6是指6個100k的電阻,方便簡化式子:
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那么通過分壓關(guān)系得到Vin+:1 \7 Q; q- S: r3 m' ^
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$ G# r% j& W- }/ z& R再次通過分壓關(guān)系得到Vin-:
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8 N7 B V/ V0 O, g$ T* y7 e: C, T由此可以得到Vin+減Vin-的值。
2 F9 l! C7 u* s' z4 `其實還有一種簡單方法得到Vin+減Vin-的值,利用運放的虛短特點,可將電路等效為:
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* j2 r9 S) [8 M! Q圖5' c! A# J; Q4 r; M9 G( A* c
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8 |, K/ E- ~/ c- c$ K3 k圖6
: _! H# n4 `: E( w所以,要計算Vin+減Vin-的值,變得很容易,只是一個簡單的分壓電路而已,如下計算得到:# M7 ?" w2 m; L; z- s5 V2 K
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得到差分電壓輸入值是0.84V。0 h" T' B0 Q- m7 I( f' R
/ C. O7 K" z0 I9 b8 i* O+ n2 s: ?5 N0 q/ A+ _# @7 G+ {
差分放大電路的計算" E" L- w9 @/ _; X$ u" f/ K
, m* f( K# l4 s4 [% k1 q
9 C+ @4 K8 Y3 h8 M9 V' ~
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3 M/ r3 |) F. O7 H8 Y! q圖7! K M A* d7 E
計算公式推導,依舊遵循運放的虛短和虛斷特性,當R56=R40,R47=R55時,差分計算可以簡化為:( u1 ?, m* B# t5 x; {% z
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4 x) D4 }2 v7 d& I實際應(yīng)用電路中,我們?yōu)榱撕喕嬎悖彩怯米詈喎椒ㄓ嬎,?jīng)常使用的電路也是上述電路,令電阻相等關(guān)系,簡化計算。
3 x8 d$ ~. q4 v5 |1 E6 T
8 Z @2 u6 E, q$ H) X5 g8 j5 P+ X6 Y8 I. z m' t- S
放大電路的"偏移計算"
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' t' o e E6 Q3 }6 r
為什么要對輸出電壓進行偏移?這是因為如當采集負值時,我們的采樣芯片和MCU幾乎都不支持負值采樣的時候,你就必須進行偏移,使得輸出總是為正值。/ x& g8 V1 u- i. V% ~( X
偏移電路,如圖8,在原來同相端電阻接地GND的地方,我們接一個電壓值,通常也稱為偏移電壓。那么最終表達式是什么?" |$ Y: l8 i* m3 Q
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+ M, V ~& U# U圖8' N- b7 ^1 ~: n; a
通過疊加定理最終得到:
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6 g( l& o A, ^: ?: _: D這里公式的成立,保證R64=R72,R73=R57,那么最終得到偏移公式是在原來基礎(chǔ)上加個電壓偏移量2.5V_Ref:
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0 I7 `& w: j( c6 _0 }0 l; }只要根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的偏移量,輸出總會為一個正值。
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圖9, h6 i& Q3 n) ^
比如,圖9電路,輸入電壓變?yōu)?100V,那么最終輸出電壓就為:4 \5 G' B8 q+ \. h" J) R$ T$ f& i
& e8 A. ]8 @( C8 F% t3 V1 y: v) e這樣就將負電壓偏移為正電壓,處理器符合處理器處理要求了,偏移電路在采集如交流電、以及存在負直流電壓的控制電路中廣泛使用。
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Q" x# A8 h0 ]& m; p聲明:
; y; z# l# Y, Z3 F/ v5 H% x5 p, m聲明:文章來源網(wǎng)絡(luò)。本號對所有原創(chuàng)、轉(zhuǎn)載文章的陳述與觀點均保持中立,推送文章僅供讀者學習和交流。文章、圖片等版權(quán)歸原作者享有,如有侵權(quán),聯(lián)系刪除。投稿/招聘/推廣/宣傳 請加微信:woniu26a推薦閱讀▼0 B0 k" V: f) G$ ?, _
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