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运算放大器设计之叠加定理介绍与加法器设计

上期简单的介绍了运放的使用与比例放大器的实现,本期我们介绍使用运算放大器来做加法器和减法器。
在了解加法器之前,我们需要知道电路中的一个基本定理: 叠加定理 。 叠加定理是电路分析中的一个重要概念,它基于 线性系统
的原理。在使用叠加定理分析复杂电路时,我们假设电路中的所有源(电压源和电流源)是独立的。这意味着,电路中的每个源都可以单独对电路中的电流和电压产生影响,而不会受到其他源的干扰。

在应用叠加定理时,我们按照以下步骤来逐一考虑每个源的影响: 选择一个源:从电路中选择一个源(电压源或电流源),而将所有其他源暂时从电路中移除。

处理非选中源:

对于电压源:将所有未选中的 ** 电压源替换为短路 ** 。这是因为理想电压源在短路时可以维持两端电压不变,即电压为零。

对于电流源:将所有未选中的 ** 电流源替换为断路 ** 。这是因为理想电流源在断路时可以维持通过它的电流不变,即电流为零。

** 分析电路: **
在只有一个源作用下,分析电路中的电流和电压。可以使用基尔霍夫电压定律(KVL)、基尔霍夫电流定律(KCL)、欧姆定律等基本电路定律来进行分析。

** 重复上述步骤: ** 对于电路中的每一个源,重复上述步骤。每次只考虑一个源,其他所有源都被视为开路或短路。

** 叠加结果: ** 将每个源单独作用时得到的电流和电压结果相加,得到电路在所有源共同作用下的真实电流和电压。

需要注意的是,叠加定理仅适用于线性电路。线性电路指的是电路的行为(电流和电压的关系)符合线性关系,即电路对信号的响应满足比例和叠加原理。如果电路 **
包含非线性元件(如二极管、晶体管等) ** ,则叠加定理不适用。 叠加定理在电路分析中非常有用,尤其是在处理多源电路时。
它使得分析复杂电路变得更加简单和直观,因为我们可以分别考虑每个源的影响,而不必同时处理多个源的相互作用。
然而,它要求电路必须是线性的,这是使用叠加定理时需要特别注意的一点。

在如图所示电路中求R2和R3之间的电平,我们可以利用叠加定理,计算V1和V2单独的影响之后进行叠加,在 计算V1的时候将V2看作短路处理

利用分压原理得到电压为5/3V(因为R3和R2并联后和R1进行分压) ,之后计算V2的时候将V1断路计算R2和R3之间的电压。

同样的方法,将V1视作短路处理再利用叠加定理,将二者电压相加即可得到该点的电压为(5/3 + 5/3 )V

再结合 ** 上一期介绍的比例放大器 **

,利用同向比例放大器,我们将上述点的电压放大相应的倍数,我们就可以实现Uo = Ua + Ub

将原始信号换位交流信号,我们就可以得到交流信号的叠加。

如图,即为一个1KHZ的信号和一个10KHZ的信号的叠加。

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