0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

根据函数关系设计电路

CHANBAEK 来源:电子e学堂 作者:杨风健 2023-06-02 16:08 次阅读

电路里面的题目无非2种:

1给出电路,要求出电路的传输关系(电路分析能力)

2给出函数需求,要设计出电路(电路综合能力)。

电路分析的文章,公众号里已经有几篇了,今天来说说,如果先给出了函数关系,怎么设计出运放电路。

先看问题:设计电路,实现从Vin到Vout的波形变换。

图片

这样的问题,是我们在实际项目当中遇到的很典型的问题,目的是将一个0V偏置的交流信号变换成一个2.5V偏置的交流信号,同时对Vin进行2倍放大,这样变换之后,整个信号的电压都处于0V以上,5V以下,实现了对信号的电平抬升,这样就可以很方便的和单片机系统结合,因为单片机系统一般都是单电源供电的。

基础知识

先来分析下面这个电路(1),求输入输出的函数关系。

图片

求解思路是这样:

1、列N点结点电压方程,得到UN,

2、列P点结点电压方程,得到Up,

3、然后利用运放的电压虚短特性UN=UP,联立求解Uo与4个Ui的关系。

解:

对N点列方程:(可推出UN)

poYBAGR5nu-Aa0PZAAAUeoZG8xU395.png
对P点列方程:(可推出UP) pYYBAGR5nvSAH5P5AAAVbfEub4Y075.png

利用UN=Up及电阻约束关系:

pYYBAGR5nwCASSpzAAAO60_ZjSw061.png
pYYBAGR5nwmANOpaAAAa9ON7y7k589.png

为什么要满足这个电阻的约束关系呢?往下看:

先求反相相端对地电阻RN,将UI1,UI2电压源对地短路,Rf通过运放内部接地,

图片

再看同相相端对地电阻Rp,将UI3,UI4电压源对地短路,显而易见,

图片

令RN=RP,就是这个(1)式的约束条件,那为什么做这样的约束呢?

这个也不是随便假设的,这个和运放的输入偏置电流有关系,

理想运放,运放的输入端流入电流为零,但实际上做不到这一点,还是有电流的,尽管很小,但 这个小电流一定会在电阻RN和RP上产生压降 ,

如果RN≠RP ,那在同相、反相端产生的电压也一定不同,记作vp和vn,但是大家都知道, 运放的本质是放大UP与UN的差值 ,我们希望把有用的信号放大,而不是放大来自运放自身偏置电流带来的误差。

那如果RN=RP ,即使有偏置电流带来的输入端电压,但是由于电阻相同,所以贡献的电压是相等的, 这两个电压vp与vn做差就会被抵消掉 ,不会通过Vo输出。

因此设计电路的时候,才有这个约束, 这个约束很重要 ,承认了这一点,后面就容易了。

这是一个 典型电路 , 囊括了加减运算 ,得到的 函数关系式(1) 也很容易记住,从反相端输入的电源前面有负号,同相端输入的电源都是正的,然后系数都是RF/(输入源相连接的电阻), 这个结果一定要记住 。

设计电路

回到文章开头那道题,先把输入输出电压的关系式写出来:

Vo=2Vin+2.5=2(Vin+1.25),

步骤1、 确定电路结构,我们对上面的 电路(1) 进行改造,同相端有2个输入源,一个1.25V的直流电源,一个Vin交流电压源,反相端没有电源输入, 反相端没有电压源的话,可以将UI1,UI2接地,都接地的话,R1//R2可以合并成一个电阻记作R, 那电路结构就改造成下面这个样子:

图片

步骤2、 确定电阻值

令Rf=10K,这个值是自己取的,

由于Vin前面的系数是2,根据公式(1),得到(Rf/R3)=2,R3=5K,1.25V前面的系数为2,所以R4=5K.

目前为止,还有R和R5,没有确定。

步骤3、 由RP=RN,RP=R//Rf,RN=R3//R4//R5,

由于R3//R4=2.5K,得到R//10K=2.5K//R5,这就好办了,R必须等于2.5K,R5=10K,才能保证等式成立。

那就得到了下面的电路:

图片

空口无凭,到底能不能实现想要的运算关系呢,咱们仿真验证一下。

图片

看吧,好用的,红色为输入信号,蓝色为输出的,具体的电压幅值都在红色框里面。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 单片机
    +关注

    关注

    6032

    文章

    44522

    浏览量

    633163
  • 运放电路
    +关注

    关注

    38

    文章

    357

    浏览量

    34822
  • 单电源
    +关注

    关注

    0

    文章

    186

    浏览量

    24519
  • 函数
    +关注

    关注

    3

    文章

    4308

    浏览量

    62434
  • 交流信号
    +关注

    关注

    1

    文章

    75

    浏览量

    15069
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    中断函数和主函数关系

    中断函数和主函数关系!各位师傅给讲解一下吧!
    发表于 10-11 11:09

    什么函数适合拟合此种关系

    请问一下什么函数适合拟合此种关系?线性或非线性都可以,谢谢!
    发表于 04-27 11:44

    回调函数和中断处理函数关系

    结论看完本文,大家可能对回调函数和中断处理函数关系产生了疑问。其实是这样的,单片机每完成接收一个字符,就会进入一次中断处理函数,而在中断处理函数
    发表于 08-13 08:34

    函数检波器电路

    函数检波器电路
    发表于 03-23 21:28 864次阅读
    <b class='flag-5'>函数</b>检波器<b class='flag-5'>电路</b>

    函数检波器电路

    函数检波器电路
    发表于 03-30 20:06 625次阅读
    <b class='flag-5'>函数</b>检波器<b class='flag-5'>电路</b>

    双曲线函数发生电路

    双曲线函数发生电路电路采用了数/模转换器DAC-20EX和运放OP17G,双曲线函数发生电路如图所示。
    发表于 10-13 10:50 1118次阅读
    双曲线<b class='flag-5'>函数</b>发生<b class='flag-5'>电路</b>

    电路设计--网络函数

    电路设计--网络函数
    发表于 02-28 22:49 0次下载

    根据WebSocket协议完全使用C++实现函数

    由于需要在项目中增加Websocket协议,与客户端进行通信,不想使用开源的库,比如WebSocketPP,就自己根据WebSocket协议实现一套函数,完全使用C++实现。
    的头像 发表于 11-28 14:29 4843次阅读

    Linux软件系统的层次关系

    1、Linux软件系统的层次关系 软件系统可分为:应用程序、库、操作系统(内核)、驱动程序 以点亮LED为例,分析各层间的写作关系 1)应用程序调用库提供的open函数打开代表LED的设备文件; 2
    发表于 10-19 17:11 1695次阅读

    传递函数的频率特性

    传递函数的频率特性:这里通过“传递函数的频率特性”来考虑传递函数。和前项的“基尔霍夫定律和阻抗”中的解说有密切的关系所以希望合在一起阅读。首先,请看图6。电阻和电容器组成简单的闭合
    的头像 发表于 02-24 09:51 2646次阅读
    传递<b class='flag-5'>函数</b>的频率特性

    复变函数的共轭和原函数关系

    的问题,例如电路、声波和量子力学等等。在这篇文章中,我们将会详细讨论复变函数的共轭和原函数之间的关系,并探讨它们的重要性和应用。 首先,我们需要了解什么是复变
    的头像 发表于 09-07 16:43 5842次阅读

    ES32F36xx芯片发生HardFault异常时的函数调用关系及问题定位

    ES32F36xx芯片发生HardFault异常时的函数调用关系及问题定位
    的头像 发表于 11-06 17:13 727次阅读
    ES32F36xx芯片发生HardFault异常时的<b class='flag-5'>函数</b>调用<b class='flag-5'>关系</b>及问题定位

    函数信号发生器的输出电压幅值与有效值的关系

    函数信号发生器是一种用于产生不同波形的电信号的仪器。它广泛应用于科研、教学、工程等领域,常用于信号产生、电路测试、仪器校准等应用。在使用函数信号发生器时,我们经常需要了解输出电压的幅值与有效值之间
    的头像 发表于 02-23 14:52 8165次阅读

    压敏电阻压力与电阻函数关系

    压敏电阻(也称为力敏电阻)是一种将机械力转换为电信号的元件,其电阻值随外部压力的变化而变化。这种变化关系通常可以通过实验测定,并可以近似地用数学函数来表示。然而,需要注意的是,具体的函数关系
    的头像 发表于 09-25 09:30 507次阅读

    什么叫系统的频率响应函数?它和传递函数有何关系

    系统的频率响应函数(Frequency Response Function, FRF)是描述线性时不变(Linear Time-Invariant, LTI)系统在不同频率下输入和输出之间关系的数学
    的头像 发表于 10-18 09:29 921次阅读