运算放大器加法器设计学习笔记

运算放大器加法器设计学习笔记运算放大器构成加法器可以分为同相加法器和反相加法器第一种 同相加法器举个栗子 Vin1 0 4 Sin wt 也就是一个正弦信号 Vin2 1V 那么要实现两个信号的叠加而且相位不发生变化 也就是 Vout 1 0 4Sin wt 那么就可以使用同相加法器 也就是需要实现如下过程 图片极其丑陋 请略过 笑哭原理图如下图所示 借用网上的图 那么怎么计算这些电阻的取值呢 首先这里的输入端是相当于有两个电压源 那么为了确定每一个源在 V

运算放大器构成加法器    可以分为同相加法器和反相加法器

 

第一种:同相加法器

举个栗子:Vin1=0.4*Sin(wt)   也就是一个正弦信号    Vin2=1V    那么要实现两个信号的叠加而且相位不发生变化:也就是Vout=1+0.4Sin(wt) ;那么就可以使用同相加法器。

也就是需要实现如下过程:

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图片极其丑陋,,请略过。。。/笑哭

原理图如下图所示(借用网上的图):

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那么怎么计算这些电阻的取值呢?

首先这里的输入端是相当于有两个电压源,那么为了确定每一个源在V+这一点的影响,可以用叠加定理。

叠加定理:

电压源:所有其他独立电压源处用短路代替(从而消除电势差,即令V = 0;理想电压源的内部阻抗为零(短路))

电流源:在所有其他独立电流源处用开路代替 (从而消除电流,即令I = 0;理想的电流源的内部阻抗为无穷大(开路))

 

也就是计算Vin1时,将Vin2接地,计算Vin2时,将Vin1接地。 

那么可以得到:

Vin1作用在运放正端的电压为:Vin1+ =R2/(R1+R2)*Vin1   也就是两个电阻分压。

Vin2作用在运放正端的电压为:Vin2+ =R1/(R1+R2)*Vin2   也就是两个电阻分压。

最终V+ = (R2*Vin1+R1*Vin2)/(R1+R2)

 

这个时候,知道V+的大小了,这个图就相当于一个同相运算放大器,同相运算放大器的Vout=(1+R4/R3)*Vin 。 那么这里直接将Vin换成V+  即可得到Vout

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那么比如:以开头那么栗子,要实现Vout=Vin1+Vin2   那么可以 将R1=R2=10K    那么可以计算出R3=R4  也等于 10K

 

具体是不是这样呢? 仿真结果如图所示:

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从仿真可以看出:结果是正确的。

那么同理:比如我想实现Y=a+2b   也就是Vout=vin1+2*vin2    也就是Vout=1V+0.8Sinwt     那么根据公式,可以取R1=2R2=20K    R4= =2R3=20K   即可实现Y=a+2b.

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注意:这里的两个源的内阻,和后面电阻的取值有一定的关系,源内阻较小是,可以将电阻取得小一点,如果源内阻较大,那么注意源可能带不动负载,比如这样:

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这种由电阻分压得来的源的内阻是很大的,一般带负载能力极其差。如果非要这样,那么就要重新计算VSS这个源到运放正端的量。很麻烦。 因此这里是需要注意的地方。   另外,注意放大后的信号峰值不要超过运放供电电压。

这种将一个交流量叠加上直流量的可用于ADC采样,因为多数ADC的采样都只能才正压。叠加上直流量后,以直流量为基准,大于则为正压,小于则为负压。

 

 

第二种:反相加法器

反相加法器和同相加法器其实也有异曲同工之妙,看图:

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这里,用电流计算会更好算,假设流过R1电阻的电流为I1流过R2的为I2,那么由于运放的输入阻抗很大,流入运放的电流几乎为0,那么也就是I1+I2≈If…….由于虚短,V-=V+≈0则有如下公式

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假设R1=R2=Rf=10K   那么Vout=-(Vin1+Vin2)         拿上面的例子,那么Vout= -1-0.4Sinwt   

仿真结果如图:

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可以看到结果也是正确的,那么如果想实现放大呢?根据公式如果将R2=10K  其余取20K ,

那么根据公式可以知道结果为:Vout=  -1-0.8Sinwt     仿真是不是这样呢?

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可以看到其结果也是正确的。。。

其注意事项和同相加法器的也类似,,也要注意源的内阻。  另外由于是反相,那么供电电源要需要双电源

 

 

 

 

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