基于运放实现交流信号的平移

基于运放实现交流信号的平移

图一 用加法电路正向平移

平移电压Vref加在同相输入端，Up为Ui和Vref的叠加，

Up=Ui/2+Vref/2=(Ui+Vref)/2

Uo=2Up=Ui+Vref

可见，交流信号Ui正向平移了Vref 。例如，如Ui是幅值为2V（峰峰值Vpp=4V）的正弦交流信号，则取Vref=2V就可将信号平移为单极性直流信号，供ADC采样使用。

图二 用减法电路负向平移

图二为利用减法电路实现信号负向偏移的电路，能将DAC输出的单极性信号，平移成交流信号。DAC信号由同相端输入，而偏移电压Vref由反相端输入。

由Un=Up=0.5Ui

(Uo-0.5Ui)/R =(0.5Ui-Vref)/R

得到Uo=0.5Ui+0.5Ui-Vref=Ui-Vref

可见将输入信号向下平移了Vref 。例如，将峰峰值Vpp=3.3V，最小值为0V的三角波，向负向平移Vref=1.65V,将变成双极性三角波信号。

图三 交流信号反相放大与平移电路

在线路处于静态，即Ui=0时，Un=Up=Vref,C1将被充至等于Vref的电压，极性为右正左负;

(Uo-Vref)/Rf=(Vref-Vref-Ui)/R1

得到：Uo=-Rf/R1 *Ui+Vref

可见，输入信号被放大了-Rf/R1倍，而平移的参考电压与增益无关。

也可叠加原理推出相同的结论，输出Uo由直流分量和交流分量叠加而成。静态时，直流分量起作用，C1对直流而言，电阻为无穷大（断路），此时运放构成电压跟随器，即Uo1=Vref;

交流信号Ui单独作用时，其被反相放大-Rf/R1倍，即Uo2=-Rf/R1*Ui,叠加后：

Uo=Uo2+Uo1=-Rf/R1*Ui+Vref,与前一结论相同。

按图示参数，Uo=-10Ui+2.5 ,表示将Ui放大-10倍，再正向平移2.5V 。

与图三类似，交流信号也可从同相输入端施加，来对交流信号进行同相放大并平移。如图示图四所示，利用叠加原理易求出输出表达式。

图四 交流信号同相放大与平移电路

对于直流平移参考电压，C1电阻为无穷大，运放构成电压跟随器，对应输出Uo1=Vref ；而交流信号单独作用时，运放构成同相放大电路，对应输出Uo2=(1+Rf/R1)Ui ;叠加后得到输出Uo:

Uo=Uo2+Uo1=(1+Rf/R1)Ui+Vref

按图示参数，Uo=10Ui+2.5 ,即将交流信号同相放大10倍，正向平移2.5V .

三. 使用单电源给运放供电并放大交流信号的，就可利用到前面介绍的直流偏移电路，示例如图五所示。

图五 单电源反相放大电路