有预置电压的加法器电路原理分析

接线图 2023年07月21日 22:44 427 admin

运放电路在正负双电源供电时，一般不须预加偏置电压（静态输出为0V，无须电平偏移）。但恰恰在某种情况下，也须引入偏置电压，以满足后级电路如MCU对输入信号的极性要求。
MCU的供电为+5V单电源，对输入信号的要求如下：
1）输入信号幅度不应高于供电电源电压；
2）不要负极性输入电压信号；
3）应为电压输入信号，不能直接输入电流信号（如是，须转换为电压信号输入）。
总之一句话，0－5V以内的直流电压信号，才满足其输入要求。
电流互感器的输出电压，其静态为0V，动态为交变电压如±2V的幅度，因为有负极性信号的存在，故不符合MCU对输入信号的要求，而电流检测电路的第一级，首要任务，即是将±2V的交变信号，处理为0-5V以内的单极性电压信号。常用电路见图1。

有预置电压的加法器电路原理分析第1张
图1 U相输出电流检测第一级电路
在二千年之初，因维修变频器之故，我初遇该电路，一时不解：为放大电路预加-2.5V的偏置电压，何意也？
想之又想，终于明白（不夸张，当时没有人能告诉我，基本上全靠自己想通为止）。这是为适应MCU对输入信号的要求而采用的电平位移措施。想至此，感觉设计者也真是聪明：预加偏置-2.5V，省去了精密全波整流的麻烦。
1、静态工作点
N1为-2.5V基准电压发生器。N2为加法器（反相输入时，可称为反相求和电路）。静态时，因IU输入支路不起作用（R3两端为0V不产生信号输入），所以电路可等效为-2.5V的反相放大器，见图2。

有预置电压的加法器电路原理分析第2张
图2 静态等效电路
当然，电路的静态输出电压为+2.5V，非此即故障状态，会导致上电误报OL、OC、SC故障。
检修此电路时，比之未设预加偏置电压的放大器，多一个检查环节，即须先行检测-2.5V基准电压产生电路是否正常。
2、动态输出
运行中，当有实际的IU工作电流产生时，电路可等效为IU信号与-2.5V的反相求和电路，见图3。

有预置电压的加法器电路原理分析第3张
图3 信号动态等效电路
在其作用下，将输入±2V变为0.5V－4.5V的输出信号。对输入双极性信号实现了0V以上的抬升。
检修工作，实际上往往是对电路静态工作点的复原，使N2输出端变为+2.5V，检修工作往往也宣告结束。电路的静态工作点正常了，就好像已经有了一匹日行千里的良驹，当那个叫做“信号”的人到来时，可以纵马驰骋了。
静态工作点正常是动态正常工作的保障与前提。有人形容过，动态信号是驮载在静态工作点之上的。
其实，将动态与静态分开来看，已经不够确切，或许可以将静态看作是平静的湖面，而动态是起风的湖面，虽然风急浪高，但有波峰必有波谷（其实波峰填到波谷里还是平的）。还是那些湖水，并没有增减。这就是当从直流信号的角度来检测动态信号电压时，动态=静态=2.5V不变的原因。若动态时不为+2.5V，恰恰说明电路已经有了问题。