電路設計必備:差分放大、加減法運算、光耦、電壓電流採樣

2020-12-04 技術閒聊

一、 差分放大電路

上圖為典型的差分放大電路，也屬於減法電路。

其輸出公式為：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，則輸出電壓為：UO=(U1-U2) ×R4/R1。

二、 反相加法電路

上圖為反相加法電路，根據「虛斷」、「虛短」可求得它的輸出電壓運算公式為：UO= -Rf（U1/R1+U2/R2+U3/R3），

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

平衡電阻Re=R1//R2//R3//Rf。

三、 同向加法電路

上圖為同相加法電路，可以根據「虛斷」、「虛短」和戴維寧定理進行計算，

輸出公式為：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，實際情況要根據晶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採樣晶片），經過處理後得到相應的ADC採樣數位訊號。

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，採樣電阻為R62(此處50mΩ)，當電流流過採樣電阻R62時，即將電流轉化為相應的微小電壓，然後經過差分放大（假設電流為1A,則採樣電阻R62兩端的電壓為50mV,在經過差分運放放大，該差分運放放大倍數為24k/2.49k≈9.64（倍），即放大後輸出電壓約為0.482V。），濾波後輸入至ADC採樣接口。

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