psd前置线性放大器设计

1、本科毕业设计(论文)题目：p s d前置线性放大器设计 院 （系）： 专 业： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： PSD前置线性放大器设计摘 要 位置敏感探测器(Position Sensitive Detector，简称PSD)作为一种成熟光电器件用于检测光斑位置，能够实现连续测量，具有分辨力高、频谱响应范围宽、响应速度快、可靠性高，可同时测量光强及光斑的重心位置等诸多优点，在国防、信息、工业等领域都有很强的应用前景。本文介绍了基于二维PSD设计的信号处理电路。本文首先介绍了二维PSD的发展史，PSD的结构和它测量位移的原理，由原理出发制定了本设计的硬件电路方案，验证了方案的可行性。

2、其次，介绍了本设计要用到的各种模拟运算电路，为了达到设计要求，选择了适合的IC芯片。然后，基于LM324芯片完成了PSD电流电压转换及前置放大、加法、减法等电路的设计。基于AD633、AD711等芯片完成了除法电路的设计。最后将测量结果用数字面板表显示出来最后，用设计好的信号处理电路板搭建测量装置，用PSD的输出信号作为电路的输入信号进行计算处理，定量测试了系统的输出特性和技术指标，考察了抗干扰能力和稳定性。同时对系统的误差进行了分析，为以后提高系统的精度做好了准备。关键字：PSD；位置敏感探测器；模拟除法器；信号处理电路； IVThe PSD front linear amplifier d

3、esignAbstract Position the Sensitive Detector as a sophisticated optoelectronic devices used to detect Spot position, enabling continuous measurement with high resolution, wide spectral response range, fast response,Many advantages of high reliability, and can simultaneously measure the light intens

4、ity and light spot, center of gravity position in the defense, information, industrial And other fields have a strong application prospects. This article describes the design based on two-dimensional PSD signal processing circuit. This paper first introduces the history of the development of two-dim

5、ensional PSD, the PSD structure and its principle of measurement of displacement, by the principle of development of the design of the displacement measurement, and to verify the feasibility. Secondly, to introduce this design to use a variety of analog computing circuits, in order to meet the desig

6、n requirements, select suitable IC chips. Then, based on the LM324 chips completed PSD current voltage conversion, preamplifier and circuit design of addition, subtraction, etc. Based on AD633, AD711 chip to complete the division circuit design. Finally measurement results will be displayed by digit

7、al panel table Finally, the designed signal processing circuit board and display board set up measuring devices, quantitative testing of the output characteristics and technical specifications of the system, the effects of anti-interference ability and stability. The error of the system were analyze

8、d and ready for the future to improve the accuracy of the system.Key Words: PSD；Position the Sensitive Detector；Analog divider；The signal processing circuit 目 录中文摘要：.I英文摘要：.1 绪论 .1 1.1课题研究的背景.1 1.2课题研究的目的和意义.1 1.3PSD在国内外的发展现状.2 1.4主要研究内容.32 PSD的原理和特点.4 2.1PSD的特点及分类.4 2.1.1PSD的特点.4 2.1.2PSD的分类.4 2.2P

9、SD的结构和工作原理.6 2.2.1PSD的结构.6 2.2.2PSD的工作原理.7 2.3PSD的发展趋势.93 PSD硬件系统的设计方案.10 3.1总体设计方案.10 3.2信号处理电路.10 3.2.1I-V 转换前置放大电路设计.12 3.2.2反相输入求和电路.13 3.2.3加减运算电路.14 3.2.4模拟除法电路.154 显示电路.19 4.1显示电路.195 实验结果和误差分析.20 5.1位移测量调试试验.20 5.2影响因素分析及解决措施.266 总结.28参考文献.29致谢.31毕业设计（论文）知识产权声明.32毕业设计（论文）独创性声明.33附录.34VI1 绪 论

10、1 绪 论1.1课题研究的背景 位移是一种常见的物理量，在现代工业生产及科学研究过程中离不开它的测量，经常要求测量出被测目标的位移量。微位移测量技术是实现超精加工的前提和基础。精密加工和超精密加工过程中不仅要对工件和表面质量进行检验，要检验加工设备和基础元部件的精度，如果没有权威性的测控技术和仪器，就不能证实所达到的加工质量。本课题是通过光电式位移探测系统的设计和调试来实现高精度的位移测量。位移测量按测量装置与被测物接触与否可分为接触测量和非接触测量。在非接触测量中，可分为光学式和非光学式两种。在非接触光学测量方法中，基于PSD(位置敏感探测器)的位移测量方法是比较成熟的技术。PSD是80代初

11、期发展起来的一种成熟位置检测器，属于连续型光敏器件、可实现连续测量；输出信号代表入射光斑的能量重心，与光斑形状没有必然联系；使用时不用驱动、扫描，响应速度快，可达到微秒级；可以实现高分辨力、高可靠性。与其它光电探测器件相比，更适合于做专用的位置探测器。此外，采用PSD设计的测量系统结构紧凑、使用方便、体积小、重复性好、安装便捷。本设计选择PSD作为光位置探测器，激光二极管作为光源，充分利用他们各自的优点。研究的目的在于结合课题的需要，采用PSD器件设计一种能用于测量微小位移的测量系统。同时，此类系统在距离、轮廓检测、表面分析、物位获取、特征提取、光束定位、精密对中、加速度测量、振动测试等非接触

12、测量中也具有重要意义。1.2课题研究的目的和意义 位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,简称PSD)作为一种成熟光电器件用于检测光斑位置，能够实现连续测量，具有分辨力高、频谱响应范围宽、响应速度快、可靠性高，可同时测量光强及光斑的重心位置等诸多优点，在国防、信息、工业等领域都有很强的应用前景。位置敏感探测器(Position Sensitive Detector，简称PSD)是一种对入射到其光敏面上的光点位置敏感的光电器件。当入射光点照射在感光面的不同位置上时,所得到的电信号也将不同，从输出电信号上,我们就可以确定入射光点在器件感光面上的位置。PSD是电流型器

13、件，对其输出信号的处理直接关系到测量系统的精度。本课题所做的工作就是设计PSD输出信号的处理电路，用设计好的信号处理电路板和电压显示器搭建测量装置，定量测试了系统的输出特性和技术指标，考察了抗41西安工业大学毕业设计（论文）干扰能力和稳定性。同时对系统的误差进行了分析，为以后提高系统的精度做好了准备。1.3国内外发展状况 PSD的研究发展历史可以追溯到30年代初，1930年Schottky用一束光照射到Cu2O材料表面时，发现当增加光入射位置与电极之间的距离时输出外电流却按指数规律减小，这就是横向光电效应。1957年Wallmark在内部载流子传输理论基础上解释了横向光电效应，首次提出用于检测

14、光点位置的理论。其后 Lucovskey从电流连续性方程出发，完整地解释了横向光电效应并导出了著名的 Lucovskey方程，将PSD的理论研究向前推进一步，为PSD投入实际应用打下了坚实的基础。后期关于PSD的材料、结构和工艺制作，许多科研人员取得了一定的进展，Allen等人完成了基于硅材料的圆形PSD特性研究，特点是结构上采用点状电极，这使得不加偏置电压就可以使用，因此，这个时期的PSD被形象地称为Wallmark型PSD，不足之处在于灵敏度、动态响应和线性度相对不够理想。随着半导体工艺技术的不断进步，特别是70年代相关的研究工作大大提升了 PSD的性能，出现了四横向结构PSD，后来又设计

15、了双横向结构PSD，前者线性度差，而后者暗电流大。随后 Woltring 等人在多结构的基础上对二维PSD的表达式进行了深入研究，确定了位置敏感探测器探测光斑能量重心的定位表达式,Noorlag于1979年研制出了采用硅平面制作工艺的双面结构PSD，这种PSD着重改善了线性度，标志着PSD制造技术有了长足进步。 20世纪80年代后，科技的发展推动了PSD的商业用途，日本、美国、瑞典等发达国家在PSD研究和制造方面处于世界领先水平，纷纷开发出了多种规格、能满足不同要求的一维和二维PSD系列产品。日本滨松光子(Hamamatsu Photonics)推出了PSD产品以及配套的信号处理板卡和专用IC

16、，光谱响应范围从300nm-1100nm、灵敏度在0.33-0.6A/W 之间，动态响应时间0.3-13s，位置分辨力达0.1m，有效光敏面尺寸范围从11mm2到4343mm2；美国OSI Fibercomln公司(原美国UDT公司)主要开发用于可见光、红外及高能射线探测的一维和二维PSD产品；此外美国Pacific Silicon Sensor公司和瑞典 Sitek 公司也推出了能满足不同通途的一维和二维PSD产品及专用信号调理电路。到目前为止这些公司的PSD产品性能日臻完善,随着结构和制作工艺的改进，出现了一些新的PSD产品，例如滨松公司推出了阵列PSD，可以测量被测物体的三维形貌。 我国

17、于20世纪80年代末才开始进行这方面的研究工作，90年代电子部44所曾研制过-Si:H一维PSD和单晶硅双面结构二维PSD，机电部214所对一维和枕形结构二维PSD的设计、制作工艺等进行了研究，上海技术物理研究所和西南技术物理研究所等单位也曾开展过这方面的工作，但极少有文献报道。当时，这些研究机构有部分PSD器件供应，但产品规格不多，没有形成规模生产，主要原因是国内对PSD器件的了解和认识不足，产品性能还不够完善，此外，没有与之相配套的信号处理器供应以及价格等因素也是制约其发展的重要原因。但西安工业大学毕业设计（论文）近几年来随着PSD发展迅速，PSD的应用越来越广泛，如在角度检测、长度测量、

18、形貌测量等方面。近年来我国对PSD的研究报道也越来越多，如中国计量科学研究院研制了半导体激光自动测量仪，哈尔滨科技大学袁峰报道了位置敏感器PSD应用系统设计，袁雅珍报道了位置敏感器PSD特性及其在三角测量中的应用，史建鹏报道了一种新型的位置敏感器PSD检测元件等。1.4主要研究内容 1、设计的主要内容 本课题从原理分析、系统各模块设计、实验研究三个方面对基于PSD的光电位移测量系统开展设计工作，主要包括以下几个方面: （1） 熟悉二维PSD测量位移的原理，确定一种可行的适合用于本课题要求的位移测量方案，实现对微位移的测量。（2） 设计已定方案的各个电路模块，选择合适的集成芯片。（3） 制作已定

19、方案的电路模块，在电路板上测试模块的功能。（4） 各个模块组合成本系统所需的信号处理电路。（5） 使用所制作的信号处理电路板和电压显示器组合成位移测量系统，并搭建试验平台，对所制作的电路板进行调试，并进行性能的测试。2 PSD的原理和特点 2 PSD的原理和特点2.1PSD的特点及分类2.1.1PSD的特点 在位移测量系统中，用于检测成像光斑的探测器有多种，经常使用的有:位置敏感探测器(PSD)和CCD线阵传感器。采用PSD设计的电路简单,成本低,分辨率高,响应速度快,使用方便,在精密尺寸测量、机器人技术、导弹制导及航空等许多方而得到广泛的应用。采用CCD线阵传感器作为光斑探测器常要借助微处理

20、器或计算机，将单个图像点的亮度值进行数值化处理，然后用合适的算法求出光斑位置，优点是在进行数据处理的时候能对非对称或非均匀光强分布所引起的误差进行校正，也可判断成像的清晰度，但成本较高，处理时间较长，一般为数ms到100ms量级。而且CCD由于受像素大小和问隔的限制,分辨率比较低,其运算电路复杂,响应速度慢。考虑到分辨率的要求和结构简单,选用PSD作为光电探测仪,采用PSD设计的电路简单,成本低,分辨率高,响应速度快,使用方便,在精密尺寸测量、机器人技术、导弹制导及航空等许多方而得到广泛的应用。而且PSD能用于快速变化的信号的测量，即带宽很大，典型值可达50MHz,且理论上光束的直径和光强对测

21、量结果没有影响，但是PSD木身是模拟器件,受环境和处理电路中其他器件性能等因素影响较大,因此在设计测量电路时需要尽量克服和减少影响PSD性能的各种因素,才能设计出较为完善的测量电路。2.1.2PSD的分类 光电位置敏感探测器从结构上可分为一维的与二维的,一维的PSD器件在光敏面两端有两个电极,二维的PSD器件则有四个电极。下面将分别进行介绍: 图2.1为一维PSD的截面图和等效电路。正如其它P-I-N探测器一样,当入射光斑照射在光敏面S位置处时,由于入射光子产生的光生载流子被电场分开,在外电路形成光电流,流过阳极A和阳极B的光电流可分别表示为: （2.1） （2.2）式中:I0光生电流；L两阳

22、极间距离；S入射光斑距阳极A的距离；I1阳极A光电流；I2阳极B光电流；西安工业大学毕业设计（论文）图2.1 一维PSD结构原理图和等效电路图由式2-1、2-2表明,就电流回路而言,载流子在衬底中的移动是按照欧姆定律分离的,既位置信息S可以通过探测光生电荷在衬底中的移动来确定,而与入射到光敏面上的光斑强度、分布、对称性和尺寸无关。二维PSD的工作作原理与一维基本相同,但为面结构,具有相互垂直的两对电极,二维PSD器件主要有以下两种:二维方形PSD、二维枕形PSD。二维方形PSD器件在X,Y两个方向上的感光层是独立的,分别感受X,Y方向光点位置的变化,其原理示意图如图2.2所示。基于相同的工作原

23、理,可以导出二维方形PSD器件的位置参数与电极上的电流关系表达式: （2.3） （2.4）图2.2 二维方形PSD原理示意图和等效电路图二维枕形PSD器件也称为分离改进型PSD,它对感光表面进行了改进,具有暗电流小,响应时间快,易于偏置应用、环境噪音低的特点；其表面结构和等效电路如图2.3所示。基于相同的工作原理,可以导出二维枕形PSD器件的位置参数与电极上的电流关系表达式: （2.5）西安工业大学毕业设计（论文） （2.6）图2.3 二维枕形PSD表面结构和等效电路图2.2PSD的结构和工作原理2.2.1PSD的结构高灵敏度光电位置传感器PSD(Position Sensitive Dete

24、ctor)是一种新型的光电器件，或称为坐标光电池，它是一种非分割型器件,可以将光敏面上的光点位置转化为电信号。并且可对光斑位置进行连续测量。PSD器件有两种:线型(一维)PSD和面型(二维)PSD，前者用于测定光点的一维位置坐标，后者可以测定光点在二维平面上的位置坐标，本系统采用二维PSD。PSD由三层构成，最上一次是P层，下层是N层，中间插入一较厚的高阻I层，形成P-I-N结构。如图1所示。此结构的特点是I层耗尽区宽，结电容小，光生载流子几乎全部都在I层耗尽区中产生，没有扩散分量的光电流，因此响应速度比普通p n结光电二极管要快得多。当PSD表面受到光照射时，在光斑位置处产生比例于光能量的电

25、子空穴对流过P层电阻，分别从设置在P层相对的两个电极上输出光电流I1和I2.。由于P层电阻是均匀的，电极输出的光电流反比于入射光斑到各自电极之间的距离。图2.4 PSD结构原理图 二维PSD器件工作原理如同一维PSD,只是在X、Y两个方向上的感光层是独立的，分别感受X、Y方向光点位置的变化，本课题中所选用的是二维枕型PSD，其表面结构和等效电路图如图2.5所示。图2.5 二维枕形PSD表面结构和等效电路图2.2.2PSD的工作原理 PSD传感器一般是通过在片状半导体衬底表面掺杂不同浓度的P型和N型杂质层来形成的,N层表面形成电阻率均匀的P感光层。当光非均匀照射在P层表面时,激生出的电子空穴在电

26、场作用下,被拉向P区。由于N层具有很高的电导率光生电荷迅速扩散至均匀分布状态,而P区电阻率较大出现光生空穴堆积,产生横向电势差。这种因PN结被非均匀照射,在沿结平面方向出现电势差的现象,称为PN结的横向光电效应。PSD是基于横向光电效应的位置敏感探测器,可分为一维和二维两大类,一维PSD主要用于测量光点直线方向运动位移坐标,二维PSD则主要用于测量光点在同一平面上的位移坐标。下图为改进表面分流型二维PSD的结构原理图,图中点口(x,力为光源入射到PSD光敏表面上的光点,二维PSD将其产生的表面光电流分成四路,四个电极采集输出的电流强度取决于光点距各电极的距离。再对输出电流进行转换和数据处理,计

27、算出x和y的坐标值。 图2.6 二维枕型PSD如图2.6所示,二维PSD的敏感面积为L2,I1、I2、I3、I4为电极分成的四路光电流,O点为坐标原点。由于二维PSD器件敏感表面电阻线性、均匀,设其阻值为R0,光点O把表面电阻分成了四个平面,分别用R1、R2、R3、R4表示,则有： （2.7） （2.8） （2.9） （2.10）根据欧姆定律,设四路光电流I1、I2、I3、I4分别经过电阻R1、R2、R3、R4,同时，由光点O所产生的光电流分量Ix和Iy也经过R1、R2、R3、R4。则有: （2.11） （2.12） （2.13） （2.14）将上述四式相加得： （2.15）由式（2-11）和

28、 （2-12）可得 （2.16）由式（2-13）和 （2-14）可得 （2.17）由式（2-12）和 （2-13）可得 （2.18）由式（2-11）和 （2-14）可得 （2.19）由式（2-16）和（2-17）可得 （2.20）由式（2-18）和（2-19）可得 （2.21）由式(2-20)和(2-21)式可以计算出入射光光点O(x,y)的坐标值。2.3PSD的发展趋势 PSD制造工艺简单、使用方便，易于构成性价比高的测量系统。光电子技术及半导体集成技术的发展，将促进PSD器件朝着大量程、高分辨率的方向发展，集成化的外围处理电路的精度和速度也将不断提高。 PSD测量系统的进展主要在两个方面：

29、一是PSD器件性能的提高；二是计算机技术及新的信号处理技术的研究和应用。 近年来,PSD不论从性能还是结构上都有了很大的进展。在性能上分辨力大大提高，已有分辨力高达5nm的PSD的研究报道，线性度和稳定度也有改善。从结构上来说，随着PSD应用面的不断扩展，为了适应各个领域的不同要求，已经研制和产品化了不同结构、型号的PSD，随着光电子和半导体集成技术的不断发展，也将出现更加实用、更加多样化的位置敏感探测器PSD。 计算机技术和信号处理技术的应用，也大大提高了PSD测量系统的性能。利用微机或者单片机可以简化信号处理电路的设计，使系统设计更灵活，且可实现各种非理想因素（如非线性）的补偿，这样可以提

30、高测量精度。高速信号处理器的应用，使各种信号处理算法容易实现，信号采集速度提高，可大大提高测量速度。3 PSD硬件系统的设计方案3 PSD硬件系统的设计方案3.1总体设计方案 PSD(Position Sensitive Detector)是一种基于横向光电效应的光电位置敏感器件,当入射光点落在器件感光表面的不同位置时, PSD将对应输出不同的电信号。通过对输出信号的处理,即可确定入射光点在PSD器件上的位置。入射光点的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关。由于PSD是非分割型元件,对光斑的形状无严格要求,所以可对光斑的位置进行连续测量,从而获得连续的坐标信号。 如图3.1所示，本设计先

31、将位移信号转换为光信号，再经过PSD将光信号转换为电信号，电信号经过信号处理电路定标电路，最后用译码显示电路显示出位移的准确数值。将激光光源固定在被测件，发射的光被PSD所接收，当被测件有位移时，激光光源将随被测件一起移动，照射在PSD上的光斑位置必然发生变化，PSD输出引脚上的输出电流也随之发生变化。PSD产生的位置信号经后续电路处理，可测量出被测件移动的距离。图3.1 总体流程图PSD是电流型器件，对其输出信号的处理直接关系到测量系统的精度,整个测量系统可以分为信号处理电路和定标电路的设计两个部分。3.2信号处理电路二维PSD信号处理电路示意图3.2：西安工业大学毕业设计（论文）图3.2

32、PSD信号处理电路图基本信号检测电路 ： 此部分主要包括电流电压转换及前置放大电路、加法电路、加减法电路、除法电路等。其中IC1-IC7为高精度运算放大器。IC1-IC4用于电流电压转换及前置放大，应选用低温漂、高输入阻抗的运算放大器，Rf决定了其放大倍数，应根据入射光的强度合理选定，试验阶段为控制放大倍数可以采用电位器来调节，但要提高其精度，宜采用精确阻值的电阻。IC5和IC7用于实现加减法电路，IC6用于实现加法电路。R1-R18一般采用阻值相同的电阻。除法器应当采用高速、高精度、线形性能好的实时模拟除法器，选用一个高性能的模拟除法器可以保证足够的精度。由于市场上模拟除法器的型号较少，且价

33、格昂贵，本设计自己制作了一个精度较好的除法器。本系统的目标是能测试PSD信号处理电路的线性度，器件的选择非常重要。IC1-IC7采用LM324四运算放大器，而模拟除法器则采用ADI公司生产的实时模拟乘法器AD633和AD711。背景光和暗电流消除电路：对于PSD性能影响比较大的一个噪声来源就是背景光和暗电流。一般来说，当需要测量微米级位移时，信号检测需要分辨出毫伏级或毫伏级以下的变化，而这个时候，如果没有消除背景光和暗电流的影响，有用的信号就很容易被噪声所淹没。消除背景光和暗电流通常有三种方法。第一种是加干涉滤波片，只使被测量的光通过，而滤去大部分的背景光，这种方法比较简单易行，但它不能消除暗

34、电流，在本系统的设计中，被测光源是激光二级管发出的光，本身就在可见光之内，用滤波片并不能完全滤除背景光，因此本系统不采用这种方法.第二种是采用交流调制频率来分离背景光和暗电流，这种方法的出发点是考虑在仪器使用中干扰杂散光多为自然光或人工照明，这类干扰源的特点是其亮度变化是缓慢的，在PSD上造成的响应为直流和低频信号，如果对目标物发光进行高频调制，使PSD响应为高频脉冲信号，则可在电路中采用高通滤波的方法将信号与干扰分离，为保证位置解算的完成和在PSD上产生较高的目标物光强，应采用矩形波调制，同步位置解算。这种方法可以很有效地消除背景光和暗电流，但是比较麻烦，也不宜采用这种方法。第三种方法是加反

35、偏电流，就是先检测出信号光源熄灭时的背景光强的大小，然后在电路中加入反向电流调零来抵消背景光和暗电流的影响，再点燃目标光源来进行测量。这种方法的缺点是每次环境变化时都需要对电路进行调零，但比较方便易行，而且效果良好，可以满足高精度的测量要求，因此本系统采用这种方法。 由于背景光和暗电流对四路电流的影响相同，因此加减法可以认为不受影响，实际系统中电路只对加法进行调零。3.2.1I-V 转换前置放大电路设计 PSD光电传感器是一种对光点位置信息进行采集处理的器件,其输入信号是与位置信息相关的电流信号,PSD输出信号处理电路一般由运算放大器构成的前置信号放大器和加法、减法、除法信号运算电路等组成。本

36、课题中S5991-01型PSD使用的是14管脚的LM324放大器。如图3.3所示: 图3.3 LM324管脚图 脚l、2、3、脚5、6、7、脚8、9、10和脚12、13、14分别组成4路,每一路均由两个输入端和一个输出端组成。信号处理模块便是通过这种具有四路独立放大功能的放大器对四路电流输出信号进行放大。 I-V 转换前置放大这一环节提取的电信号是整个电路系统电信号的源头，在整个电路设计中占有至关重要的地位。PSD 输出信号为电流信号，这部分电路将电流信号变换为电压信号便于进一步处理，常见的电流电压转换法有直接电阻变换法，电容积分法，最实用的莫过于运算放大器-电阻负反馈法。图3.4为LM324

37、第一路I-V 转换前置放大放大电路,设输入电流为I1,输出电压为VI1,则四路输入与输出之间的关系为: Vx1=-Ix1R1 （3.1） Vy1=-Iy1R2 （3.2） Vx2=-Ix2R3 （3.3） Vy2=-Iy2R4 （3.4）图3.4 PSD第一路I-V转换前置放大电路 显然输出电压与输入电流成正比，且可以通过改变R1 的大小来改变输出电压的大小，此时也不会受到负载的影响。四路电流信号在 I-V 转换及放大时，必须保证电路对称性，这要求四路电路的对应电阻尽可能对称相等，本设计中选用精度为千分之一的精密金属膜电阻，并经过严格挑选，根据光强的大小本设计中反馈电阻 R1阻值为 100K。

38、当 R1 取值过大时，由于运算放大器有数皮法到数十皮法的输入寄生电容，容易产生振荡，为消除高频噪声及防止高频自激，在反馈电阻 R1两端并联一 C1=0.1uF 的电容进行相位补偿。3.2.2反相输入求和电路求和电路的输出电压决定于多个输入电压相加的结果。利用集成运放实现求和运算时，常常用反相输入方式。图3.5示出了具有四个输入端的反相求和电路。可以看出，这个求和电路实际上是在反向比例运算电路的基础上加以扩展而得到的。 图3.5 反相输入求和电路为了保证集成运放四个输入端对地的电阻平衡，同相输入端电阻R的电阻应为 R=R1/R2/R3/R4/Rf由于“虚断”，i-=0，因此 i1+i 2+i 3

39、+i 4=i f （3.5）又因集成运放的反相输入端“虚地”，故上式可写为： （3.6）则输出电压为 （3.7）可见，电路的输出电压uO反映了输入电压Vx1、Vy1、Vx2和Vy2相加所得的结果，即电路能够实现求和运算。在本课题中选择器件时，选择R1=R2=R3=R4=Rf,所以上式可以简化为： （3.8） 通过上面的分析可以看出，反相输入求和电路的实质是利用“虚地”和“虚断”的特点，通过各路输入电流相加的方法来实现输入电压相加。 这种反相输入求和电路的优点是，当改变某一输入回路电阻时，仅仅改变输出电压与该电路输入电压之间的比例关系，对其他各路没有影响，因此调节比较灵活方便。另外，由于“虚地”

40、，因此，加在集成运放输入端的共模电压很小。在实际工作中，反相输入方式的求和电路应用比较广泛。3.2.3加减运算电路加减运算电路如图3.6： 图3.6 加减运算电路若在集成运放的同相输入端和反相输入端各加多个信号，则得到加减运算电路，如图3.6所示。四个输入电压Vx1、Vy2、Vx2和Vy1各自通过电阻R1、R2、R3和R4分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端。另外，从输出端通过反馈电阻Rf接回到反相输入端。同相输入端总电阻为UP=R3/R4/R5, 反相输入端总电阻为UN=R1/R2/Rf，为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，通常要求 RP=RN即R1/R2/Rf=R3/R4/R5 如图3-6所示，N点的电流方程为i1+i2=if,即 （3.9）因为UN=0,为