电路设计必备之--差分放大、加减法运算、光耦、电压电流采样

 

一、 差分放大电路

上图为典型的差分放大电路，也属于减法电路。

其输出公式为：UO=（R2+R4）×R3×U1/[(R1+R4)×R2]-R4×U2/R2。

实际应用的时候，一般取R1=R2,R3=R4，则输出电压为：UO=(U1-U2) ×R4/R1。

 

二、 反相加法电路

上图为反相加法电路，根据“虚断”、“虚短”可求得它的输出电压运算公式为：UO= -Rf（U1/R1+U2/R2+U3/R3），

一般我们取R1=R2=R3，则输出电压为：UO= - Rf / R1 × (U1+U2+U3)。

平衡电阻Re=R1//R2//R3//Rf。

 

三、 同向加法电路

上图为同相加法电路，可以根据“虚断”、“虚短”和戴维宁定理进行计算，

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

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

若取Rf=2 Ri1，则UO=U1+U2+U3，是一个完美的加法电路。

 

四、光耦电路

光耦发光二级管的输入电阻要根据光耦的工作电流进行计算，不要随便选取，否则会导致电路无效或者可靠性不高，损坏元器件。光耦的工作电流一般1mA-80mA之间，实际情况要根据芯片资料所提供的参数进行计算。一般情况选取5mA-20mA都是可以的，当然有的光耦比较灵敏1mA电流以下也能正常工作，设计电路时也是需要考虑的，否则会引起误动作，导致产品功能故障。

 

五、一种常用的电压采样电路

 

如图所示该电路中，输入电压（V_IN）经过电阻R47和R50、R51分压后经过差分跟随运放电路，然后经过RC低通滤波器进行滤波输入至ADC采样（DSP、单片机ADC采样接口或ADC采样芯片），经过处理后得到相应的ADC采样数字信号。

该电路后面接了一个电压跟随器，用作缓冲级或隔离级，提高输入阻抗，降低输出阻抗。

 

六、一种常用的电流采样电路

如图所示该电路中，采样电阻为R62(此处50mΩ)，当电流流过采样电阻R62时，即将电流转化为相应的微小电压，然后经过差分放大（假设电流为1A,则采样电阻R62两端的电压为50mV,在经过差分运放放大，该差分运放放大倍数为24k/2.49k≈9.64（倍），即放大后输出电压约为0.482V。），滤波后输入至ADC采样接口。

 

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