MOSFET

4.1.3加法和减法运算电路

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好基本运算放大电路（三）本节包含两部分内容加法运算电路和减法运算电路加法运算电路在模拟信号处理中将两个信号进行叠加的需求是很普遍的同相比例电路和反相比例电路作为运放使用的两个基本拓扑都可以实现加法运算我们先来看反相比例加法电路在图示电路图的反相端，我们加入三个信号 VG1、VG2、VG3 都加在反相输入端根据虚短和虚断，我们会有 UP = UN =0 所以我们就可以列出方程 RF 上的电流将等于 R1 上的电流加上 R3 上的电流加上 R4 上的电流好，将实际参数代入公式我们得到 Uo = -(UI1 + UI2 + UI3) 上式表明，当各电阻阻值相等时各输入信号可构成反相加法电路如果 R1、R3、R4 电阻值不相等那么就会改变各自信号在整个信号里面所占比例的权重好，图示为反相比例求和电路的瞬时仿真结果三个输入信号分别为 1V、2V、3V 那么加出来之后呢，得到的是 6V 只不过呢是个反相的加法同相比例加法电路同相比例运算电路也可以构成加法我们想当然的会设计出如图所示的电路把三个信号加在同相端呗按理说这个电路应该是可行的我们先不计算，看看仿真的结果好，如图所示输入信号分别是1、2、3 而输出信号只有 2V 不应该是 6V 吗为什么实际情况与想象的不同呢当运放输入端电压为零的时候各信号可以单独使用叠加原理进行计算互不影响可是同相比例电路当中 UP 等于 UN 是等于 Uo 的并不等于0 所以电路等效为这个电路图实际上我们要求解的是中心点的电压 Uo 它等于什么呢求解方法，用叠加原理最简单分别计算三个信号单独作用的结果，然后再叠加所以呢它会由三部分构成信号一单独作用信号二单独作用以及信号三单独作用加起来的求和当 R3、R2、R4 都相等，我们化简一下就可得到其上有个1/3的缩小所以呢理论算出来等于 2V 和我们刚才的仿真一致如图所示增加电阻 R1 和 R5 形成对 UP 电压的三倍放大就可以得到1:1的加法电路了好，这里是一个同向的比例三倍仿真一看确实输入输出的1、2、3得到了 6V 将理想运放替换为真实运放 UA741，我们看看仿真结果哎，跟理想情况是一样的减法运算电路实际应用中获取两个模拟信号的差值是非常普遍的比如测量电阻两端的电压，以获取它的电流值虽然运放其基本特性就是放大两个输入端的差值但是单独运放无法作为减法电路来使用我们前面算过它的输入端它的差值很小稍微一大就会使运放饱和所以一定要加着反馈网络好某减法运算电路的 TINA 仿真按照同相比例反相比例相结合的思想我们很容易得到一个减法电路我们把 UI1、UI2 分别加到反相端和同相端看一看输入信号 VG2 幅值为 3V， VG1 幅值为 1V 而结果是 5V 不应该是减法等于 2V 吗原因是该电路对于反相输入端的信号来说是-1倍放大而对于同相输入端信号呢，是+2倍放大如此一来实际上电路就变成了负的 UI1 加上2倍的 UI2 代进去一看哎，确实是 5V 那我们要的减法怎么办呢我们改进一下，如果要获得纯粹的减法电路需要把同相端的放大部分缩小一下怎么缩小呢哎，很简单我们做一个分压根据虚短虚断以及基尔霍夫定理我们可以算出输入输出的关系 UP 呢等于0.5倍的 UI2 实际上呢就是 R2 和 R3 的一个分压，0.5倍的 UI2 而 UN 呢是等于0.5倍的 UI1 和 u 的叠加的效果好，化简一下虚短虚断嘛，UP 得等于 UN 呢我们将得到 Uo 等于 UI2 减去 UI1 真正实现了一个减法好，仿真下波形输入信号，黄颜色的 3V 以及输入信号，白颜色的 1V 最终输出红颜色，确实为 2V 符合我们要求的减法将理想运换为为实际运放呢我们看一下仿真结果跟理想运放是一致的好，本课小结对于反相比例加法电路，非常简单我们只要在反相端加入三组信号就 OK 了那么外围电阻 R1、R3、R4 以及 RF 如果电阻相等的话就可以构成一个纯粹的反相求和关系而同向比例加法电路呢一样在同相端加入三组信号为了构成纯粹的同相求和的话，最好呢也在反相端构成一个增益关系减法运算电路在反相端和同相端分别加入信号构成的就是减法但是如果要构成纯粹的减法那我们需要把同相上的增益缩小就可以了好，这节课就到这里