3.3.7 差动减法电路

2024-04-21 14:09:28

3.3.7 差动减法电路

（1）典型的差动减法电路

差动减法电路可进行简单的减法运算，典型电路结构如图1所示。

图1 差动减法电路

为简化运算关系，在电阻取值上一般选择R1=R3，R2=R4。满足电阻等值条件后，差动减法电路输出信号Vo与两个输入信号V1、V2之间的运算关系满足：

Vo=R2*（V2-V1）/R1

推导过程如下：

图1中仅由单运放构成的差动减法电路具有结构简单、性能稳定、成本低廉的优点，但由于运放同相输入端的输入电阻为∞、反相输入端的输入电阻仅为kΩ级，造成输入电阻间的不平衡，因此不建议连接到信号源内阻比较高的传感器输出端。

（2）差动减法电路放大电桥输出信号

电阻电桥传感器常用来测量温度、压力等缓慢变化的物理量，测量精度高，但具有较高的输出阻抗。在图2所示电桥Rb的A点的输出电压约为2.50V，B点的输出电压为3.12V；真正有用的差模输出信号为-0.62V。若直接对A、B两点输出的信号进行放大，受运放电源电压限制，放大器输出极易饱和。采用图2所示的差动减法电路对电桥输出信号A、B进行减法求差运算，可方便地检出并放大有用信号，而不至于发生输出饱和。

图2 差动减法电路放大电桥输出信号

（3）输入电阻较高的差动减法电路

由于集成运放反相输入端的输入电阻较低，若在输入信号与差动减法电路反相输入端之间串入一级同相放大器，就能提高输入信号的输入电阻。如图3所示，V2从集成运放的同向端输入，本身已具有较高输入阻抗，无须额外添加同相放大器。

图3 差动减法电路+同相放大器

（4）两级运放构成减法运算电路

图4提供了另外一种实现减法运算的电路结构。集成运放U1B构成反相放大器，实现了输入信号V1的反相输出；U1A构成反相加法电路；“负负得正”之后，在输出端Vo得到正极性的V1与负极性的V2，从而实现差动减法运算。

图4 两级运放构成减法运算电路

图5 两级运放构成减法运算电路仿真结果

第一级运放单元U1B的输出电压Vo_1与V1之间构成反相比例运算：

Vo_1=-（R4/R3）*V1

第二级运放单元U1A构成反相加法电路，输出电压Vo与两组输入电压之间的运算关系：

适当调整上式中电阻的参数比值，可得到相对简单的减法运算关系：

Vo=V1-V2。

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