文章目录

• 1.2 同相比例加法电路
• 3 减法运算电路用于直流偏置
• 4 直流偏置电路的改进
• 以上就是本节公开课的全部内容，通过本节课程的学习，你收获了什么？

虽然运算放大器的基本特性就是放大两个输入端的差值，但是单独运放是无法作为减法电路来使用，因为哪怕只有1mV的输入差值，也能使运放输出饱和。

1.2 同相比例加法电路

同相比例运算电路也可以构成加法电路。我们想当然的会设计出如图3所示的“同相比例加法电路来，按理说该电路应该可行。

我们先不做计算，直接运行仿真看看是什么效果。如图4所示，三个输入信号VG1、VG2、VG3的幅值仍然为1/2/3伏，但是输出电压VF1的幅值却只有2V，这不科学啊。

为什么实际情况与想象的不同呢？当运放输入端电压为0V（GND）的时候，各信号可单独使用叠加原理进行计算，各输入信号之间没有相互影响。但是同相放大电路的各输入信号之间是相互影响的。
图3所示电路的正确分析方法为：

1. 由于虚短虚断，所以uN=uP=uO。
2. 电路等效为图5所示的电路求解中心点电压。求解的方法用叠加原理最简单，分别计算三个输入信号的影响再求和，得到式3。
   
   
   如图6所示，增加电阻R1和R5构成3倍放大以后，就可以得到1:1比例的加法电路了，图7显示的仿真结果也符合加法电路逻辑。
   
   

3 减法运算电路用于直流偏置

利用运放缩放信号幅值和控制直流偏移是非常普遍的应用。

1. 绝大多数ADC都是单极性的，所以在ADC采样应用中，需要把双极性信号进行正向平移（可能还需缩放），变为单极性信号再给ADC采样。
2. 大多数DAC都是单极性的，所以如果需要DAC输出双极性信号，就需要运放将单极性信号进行负向平移（可能还需缩放），变成双极性信号输出（R-2R型DAC输出本就需接运放，可直接实现双极性输出）。

如图12所示的电路为一种ADC采样信号平移的方法。

1. 假设ADC基准电压范围是0-2V，待测信号幅值为1V。则待测信号需要向上平移1V。

2. 双极性信号由反相端输入，取-1倍放大。由电阻分压出0.5V信号输入运放同相端，反馈网络实现2倍放大，即平移1V。输入输出电压关系式为：
   （8）

3. 注意，平移信号用的直流电压必须是低内阻的，所以C2电容必不可少。
   
   
   图12 电平正向平移电路

如图13所示的电路为一种利用运放实现DAC双极性输出的方法。

1. DAC信号由同相端输入，偏移电压由反相端输入，图中偏移电压直接使用了VCC，实际也可由电阻分压出其他电压值，无论是何种偏置电压，都需要并联大电容C1以减小交流阻抗。
   
   
   图13 电平负向平移电路

4 直流偏置电路的改进

图13和图14所示的直流偏置电路有一个缺点，那就是实际偏置电压与增益有关。对图13进行改进，信号源VG1串联电容C3后得到图15所示的改进型直流偏置电路，其平移电压与增益无关，经常用在单电源运放的场合。

图15 固定直流偏置电路

1. 模拟电路中，除了用于定时和振荡用途的电容，其余的0.1μF以上的电容在电路中都是充当“直流电池”角色的。分析这类电路时，首先就是搞清楚电容上充的电压是多少。
2. 只要把输入信号VG1当成0V，就可以求出稳态时各“直流电池”电容的电压。图中C3上电压VM2=uN=uP=2.5V。
3. 有了C3电压值，就可以求解输入输出电压关系：
   
   抛开式11~式13的理论计算，还可以从同相比例和反相比例放大倍数直接分析直流偏置的结果。
4. 图15中C3电压（VM1）与同相端直流电压uP相等，会被放大（-R4/R1（r1改r3））倍。
5. 而同相端直流电压uP会被放大（1+R4/R1（r1改r3））倍。
6. 所以总体效果就是输出电压平移了1倍的uP。

以上就是本节公开课的全部内容，通过本节课程的学习，你收获了什么？

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课后问答：
1、图1电路中，电阻R1、R2、R3、Rf取值分别为1k、2k、3k、3k，输入信号幅值均为1V，求输出电压幅值？
2、图3电路中，电阻R1、R2、R3取值分别为1k、2k、2k，输入信号幅值均为1V，求输出电压幅值？