CN116594466A - 电压减法电路和电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压减法电路和电路结构。电压减法电路包括运算放大器、电流源和降压电阻，运算放大器包括第一输入端和第二输入端，第一输入端用于连接输入电压，运算放大器处于虚短状态以使得第二输入端的电压的电压值与输入电压的电压值相等；电流源用于提供预设电流；降压电阻的第一端连接电流源和第二输入端，降压电阻的第二端用于输出输出电压，输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值，预设电压值为预设电流的电流值与降压电阻的电阻值的乘积。本发明的电压减法电路通过运算放大器、电流源、降压电阻等少量器件形成电压减法电路，其中，输出电压的精度只跟电流源和降压电阻的精度有关，便于实现高精度的减法运算。

Description

电压减法电路和电路结构

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，更具体而言，涉及到一种电压减法电路和电路结构。

背景技术

通过电压减法电路可以实现将输入电压减去某个电压，得到新的电压作为新的信号并用于下一级计算。在相关技术中，电压减法电路需要的器件比较多，减法运算的精度较低。

发明内容

本发明实施方式提供一种电压减法电路和电路结构。

本发明实施方式提供一种电压减法电路，所述电压减法电路包括：运算放大器、电流源和降压电阻，所述运算放大器包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端用于连接输入电压，所述运算放大器处于虚短状态以使得所述第二输入端的电压的电压值与所述输入电压的电压值相等；所述电流源用于提供预设电流；所述降压电阻的第一端连接所述电流源和所述第二输入端，所述降压电阻的第二端用于输出输出电压，所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去预设电压值，所述预设电压值为所述预设电流的电流值与所述降压电阻的电阻值的乘积。

在某些实施方式中，所述第一输入端为反相输入端，所述第二输入端为同相输入端，所述运算放大器还包括输出端，所述输出端连接调整管，所述降压电阻的第二端通过所述调整管接地，所述输出端能够用于调节所述调整管的阻抗以调节所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

在某些实施方式中，所述调整管为MOS管，所述输出端连接所述MOS管的栅极，所述降压电阻的第二端连接所述MOS管的漏极，所述MOS管的源极接地。

在某些实施方式中，所述调整管为三极管，所述输出端连接所述三极管的基极，所述降压电阻的第二端连接所述三极管的集电极，所述三极管的发射极接地。

在某些实施方式中，在所述输入电压减小时，所述输出端的电压增大以调节所述调整管的阻抗减小，以减小所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值；在所述输入电压增大时，所述输出端的电压减小以调节所述调整管的阻抗增大，以增大所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

在某些实施方式中，所述第一输入端为同相输入端，所述第二输入端为反相输入端，所述运算放大器还包括输出端，所述输出端连接所述降压电阻的第二端，所述输出端能够用于调节所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

在某些实施方式中，在所述输入电压减小时，所述输出端的电压减小，以减小所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值；在所述输入电压增大时，所述输出端的电压增大，以增大所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

在某些实施方式中，所述预设电流的电流值不变或者能够调节，所述降压电阻的电阻值不变或者能够调节。

在某些实施方式中，所述电流源包括：放大器、限流电阻、第一晶体管和第二晶体管，所述放大器包括第三输入端、四输入端及控制输出端，所述第三输入端用于连接比较电压，所述放大器处于虚短状态以使得所述第四输入端的电压的电压值与所述比较电压的电压值相等；所述第四输入端通过所述限流电阻接地；所述第一晶体管通过所述限流电阻接地并受所述控制输出端控制，以使得流过所述第一晶体管的电流为所述预设电流，所述预设电流为所述比较电压与所述限流电阻的比值；所述第二晶体管镜像所述第一晶体管以输出所述预设电流。

本发明公开一种电路结构，所述电路结构包括上述任意一项实施方式所述的电压减法电路和后级电路，所述后级电路用于处理所述输出电压。

本发明实施方式的电压减法电路和电路结构中，通过运算放大器、电流源、降压电阻等少量器件形成电压减法电路，其中，输出电压的精度只跟电流源和降压电阻的精度有关，便于实现高精度的减法运算。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的电压减法电路的电路示意图；

图2是本发明实施方式的电压减法电路的电路示意图；

图3是本发明实施方式的电流源的电路示意图；

图4是本发明实施方式的电路结构的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的实施方式在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

通过电压减法电路可以实现将输入电压减去某个电压，得到新的电压作为新的信号并用于下一级计算。在相关技术中，电压减法电路需要的器件比较多，减法运算的精度较低。

请参阅图1，本发明实施方式提供一种电压减法电路100，电压减法电路100包括运算放大器10、电流源20和降压电阻30，运算放大器10包括第一输入端和第二输入端，第一输入端用于连接输入电压，运算放大器10处于虚短状态以使得第二输入端的电压的电压值与输入电压的电压值相等；电流源20用于提供预设电流；降压电阻30的第一端连接电流源20和第二输入端，降压电阻30的第二端用于输出输出电压，输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值，预设电压值为预设电流的电流值与降压电阻30的电阻值的乘积。

具体地，运算放大器10处于虚短状态，运算放大器10的第一输入端连接输入电压VIN，运算放大器10的第二输入端连接降压电阻30的第一端，即降压电阻30的第一端的电压值、运算放大器10的第二输入端的电压值和运算放大器10的第一输入端的电压值均为输入电压VIN的电压值。输出电压VOUT的电压值为降压电阻30第二端的电压值，降压电阻30第二端的电压值为降压电阻30第一端的电压值减去降压电阻30产生的压降（即预设电压值），则降压电阻30第二端的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值，即输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值，预设电压值为预设电流的电流值与降压电阻30的电阻值的乘积。

如此，通过运算放大器10、电流源20、降压电阻30等少量器件形成电压减法电路100，其中，输出电压的精度只跟电流源20和降压电阻30的精度有关，便于实现高精度的减法运算。

请参阅图1，在某些实施方式中，第一输入端为反相输入端，第二输入端为同相输入端，运算放大器10还包括输出端，输出端连接调整管40，降压电阻30的第二端通过调整管40接地，输出端能够用于调节调整管40的阻抗以调节输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

具体地，运算放大器10的反相输入端用于连接输入电压VIN，运算放大器10处于虚短状态使得同相输入端的电压值与反相输入端的电压值相同，即同相输入端的电压值与输入电压VIN的电压值相同，运算放大器10的输出端连接调整管40，输出端能够调节调整管40的阻抗以调节输出电压VOUT，使得输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

如此，运算放大器10的输出端连接调整管40并调节调整管40的阻抗，以使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

在某些实施方式中，调整管40为MOS管，输出端连接MOS管的栅极，降压电阻30的第二端连接MOS管的漏极，MOS管的源极接地。

具体地，运算放大器10的输出端连接MOS管的栅极，降压电阻30的第二端连接MOS管的漏极，MOS管的源极接地。运算放大器10的反相输入端和同相输入端的电压值均为输入电压VIN的电压值，使得降压电阻30的第一端的电压值为输入电压VIN的电压值。运算放大器10的输出端输出的电压输入MOS管的栅极，控制MOS管的导通程度，以调节MOS管的阻抗，使得输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。预设电压值为预设电流的电流值与降压电阻30的电阻值的乘积，降压电阻30的第二端的电压值为降压电阻30的第一端的电压值减去预设电压值，即为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

在一个实施例中，输入电压VIN的电压值减小，则降压电阻30的第一端的电压值减小，若预设电压值不变，输入电压VIN的电压值减去预设电压值的结果减小，即降压电阻30的第二端的电压值减小；同时，运算放大器10的输出端输出的电压值增大，即输入MOS管栅极的电压值增大，使得MOS管的阻抗减小，则MOS管的漏极的电压值减小，使得输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

如此，在输入电压变化时，运算放大器10的输出端能够调节MOS管的阻抗，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

在某些实施方式中，调整管40为三极管，输出端连接三极管的基极，降压电阻30的第二端连接三极管的集电极，三极管的发射极接地。

具体地，运算放大器10的输出端连接三极管的基极，降压电阻30的第二端连接三极管的集电极，三极管的发射极接地。运算放大器10的输出端输出的电压输入三极管的基极，控制三极管的导通程度，以调节三极管的阻抗，使得输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

在一个实施例中，输入电压VIN的电压值增大，则降压电阻30的第一端的电压值增大，若预设电压值不变，输入电压VIN的电压值减去预设电压值的结果增大，即降压电阻30的第二端的电压值增大；同时，运算放大器10的输出端输出的电压值增大，即输入三极管基极的电压值增大，使得三极管的阻抗减小，则三极管的集电极的电压值增大，使得输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

如此，在输入电压变化时，运算放大器10的输出端能够调节三极管的阻抗，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

在某些实施方式中，在输入电压减小时，输出端的电压增大以调节调整管40的阻抗减小，以减小输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值；在输入电压增大时，输出端的电压减小以调节调整管40的阻抗增大，以增大输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

具体地，预设电压值为预设电流的电流值与降压电阻30的电阻值的乘积，即在预设电流的电流值与降压电阻30的电阻值不变时，预设电压值不变。运算放大器10的反相输入端连接输入电压VIN，运算放大器10处于虚短状态使得同相输入端的电压值与反相输入端的电压值相同，且降压电阻30的第一端的电压值为同相输入端的电压值，则降压电阻30的第一端的电压值为输入电压VIN的电压值。

当输入电压VIN的电压值增大时，同相输入端的电压值增大，降压电阻30的第一端的电压值增大。降压电阻30的第二端的电压值为降压电阻30的第一端的电压值减去预设电压值，即为输入电压VIN的电压值减去预设电压值，输入电压VIN的电压值增大而预设电压值不变，则输入电压VIN的电压值减去预设电压值的结果增大，即降压电阻30的第二端的电压值增大。同时，输出电压VOUT的电压值为调整管40连接降压电阻30的一端的电压值，当输入电压VIN的电压值增大时，运算放大器10的输出端输出的电压值增大，使得调整管40的阻抗减小，从而使得调整管40连接降压电阻30的一端的电压值增大，即输出电压VOUT的电压值增大，使得输出电压VOUT的电压值等于降压电阻30的第二端的电压，即等于输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

当输入电压VIN的电压值减小时，反相输入端的电压值减小，由于运算放大器10处于虚短状态使得同相输入端的电压值也减小，降压电阻30的第一端的电压值也减小。降压电阻30的第二端的电压值为降压电阻30的第一端的电压值减去预设电压值，即为输入电压VIN的电压值减去预设电压值，输入电压VIN的电压值减小而预设电压值不变，则输入电压VIN的电压值减去预设电压值的结果减小，即降压电阻30的第二端的电压值减小。同时，输出电压VOUT的电压值为调整管40连接降压电阻30的一端的电压值，当输入电压VIN的电压值减小时，运算放大器10的输出端输出的电压值减小，使得调整管40的阻抗增大，从而使得调整管40连接降压电阻30的一端的电压值减小，即输出电压VOUT的电压值减小，使得输出电压VOUT的电压值等于降压电阻30的第二端的电压，即等于输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

如此，在输入电压变化时，通过输出端的电压变化调节调整管40的阻抗，以调整输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

请参阅图2，在某些实施方式中，第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端，运算放大器10还包括输出端，输出端连接降压电阻30的第二端，输出端能够用于调节输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

具体地，同相输入端连接输入电压VIN，反相输入端连接降压电阻30的第一端，由于运算放大器10处于虚短状态，使得反相输入端的电压值和同相输入端的电压值相同，即反相输入端的电压值为输入电压VIN的电压值，则降压电阻30的第一端的电压为输入电压VIN的电压值。运算放大器10的输出端连接降压电阻30的第二端，输出端能够调节输出电压VOUT，使得输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

如此，运算放大器10的输出端连接降压电阻30的第二端，并能够调节输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

在某些实施方式中，在输入电压减小时，输出端的电压减小，以减小输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值；在输入电压增大时，输出端的电压增大，以增大输出电压，使得输出电压的电压值为输入电压的电压值减去预设电压值。

具体地，在输入电压VIN的电压值减小时，同相输入端的电压值减小，反相输入端的电压值减小，降压电阻30的第一端的电压值减小，降压电阻30的第二端的电压值为降压电阻30的第一端的电压值减去预设电压值，即为输入电压VIN的电压值减去预设电压值，在预设电流的电流值和降压电阻30的电阻值不变时，降压电阻30的第二端的电压值减小。输入VIN的电压值减小时，运算放大器10的输出端输出的电压减小，使得输出电压VOUT的电压值减小，以使得输出电压VOUT的电压值为降压电阻30的第二端的电压值，即为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

在输入电压VIN的电压值增大时，同相输入端的电压值增大，反相输入端的电压值增大，降压电阻30的第一端的电压值增大，降压电阻30的第二端的电压值为降压电阻30的第一端的电压值减去预设电压值，即为输入电压VIN的电压值减去预设电压值，在预设电流的电流值和降压电阻30的电阻值不变时，降压电阻30的第二端的电压值增大。当输入VIN的电压值增大时，运算放大器10的输出端输出的电压增大，使得输出电压VOUT的电压值增大，以使得输出电压VOUT的电压值为降压电阻30的第二端的电压值，即为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。

具体地，通过运算放大器10的输出端调节输出电压，使得在输入电压变化时，输出电压保持为输入电压的电压值减去预设电压值。

在某些实施方式中，预设电流的电流值不变或者能够调节，降压电阻30的电阻值不变或者能够调节。

具体地，输出电压VOUT的电压值为输入电压VIN的电压值减去预设电压值。预设电压值为预设电流的电流值与降压电阻30的电阻值的乘积，在预设电流的电流值增大而降压电阻30的电阻值不变时，预设电压值增大；在预设电流的电流值不变而降压电阻30的电阻值增大时，预设电压值增大；在预设电流的电流值减小而降压电阻30的电阻值不变时，预设电压值减小；在预设电流的电流值不变而降压电阻30的电阻值减小时，预设电压值减小。

如此，通过调节预设电流的电流值和降压电阻30的电阻值，可以改变预设电压值的大小，以根据实际情况获得预设电压值。

请参阅图3，在某些实施方式中，电流源20包括：放大器21、限流电阻23、第一晶体管25和第二晶体管27，放大器21包括第三输入端、四输入端及控制输出端，第三输入端用于连接比较电压，放大器21处于虚短状态以使得第四输入端的电压的电压值与比较电压的电压值相等；第四输入端通过限流电阻23接地；第一晶体管25通过限流电阻23接地并受控制输出端控制，以使得流过第一晶体管25的电流为预设电流，预设电流为比较电压与限流电阻23的比值；第二晶体管27镜像第一晶体管25以输出预设电流。

具体地，第三输入端例如为放大器21的反相输入端，第四输入端例如为放大器21的同相输入端。当然，在其他实施例中，第三输入端可以为放大器21的同相输入端，第四输入端可以为放大器21的反相输入端，在此不做具体限定。放大器21的反相输入端的电压值为比较电压的电压值，放大器21处于虚短状态使得同相输入端的电压值与反相输入端的电压值相等，即同相输入端的电压值为比较电压的电压值，即限流电阻23连接放大器21的一端的电压为比较电压的电压值，流过限流电阻23的电流为预设电流，预设电流为比较电压与限流电阻23的比值。第一晶体管25可以为MOS管Q1，第二晶体管27可以为MOS管Q2，放大器21的输出端连接并控制MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的栅极，使得MOS管Q1的电流为预设电流；预设电压源VDD的电压输入MOS管Q1的源极和MOS管Q2的源极，MOS管Q1的规格和MOS管Q2的规格相同，MOS管Q1和MOS管Q2镜像设置，使得流过MOS管Q2的电流为流过MOS管Q1的预设电流，MOS管Q2输出预设电流。

如此，放大器21的输出端控制并使得流过第一晶体管25的电流为预设电流，镜像设置第一晶体管25和第二晶体管27使得第二晶体管27输出预设电流。

在其他实施方式中，电流源20也可以通过其他电路结构形成，在此不做具体限定。

请参阅图4，本发明公开一种电路结构1000，电路结构1000包括上述任意一项实施方式的电压减法电路100和后级电路200，后级电路200用于处理输出电压。

具体地，后级电路200包括检测电路，检测电路用于检测输出电压的电压值。在一个实施例中，输入电压的电压值超过预设范围，输入电压经过电压减法电路100后得到电压值较小的输出电压，检测电路检测输出电压的电压值，进而可以根据输出电压的电压值确定输入电压的电压值。

如此，通过运算放大器10、电流源20、降压电阻30等少量器件形成电压减法电路100，其中，输出电压的精度只跟电流源20和降压电阻30的精度有关，便于实现高精度的减法运算。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“连接”应做广义理解，例如，可以包括固定连接，也可以包括可拆卸连接，或一体地连接；可以包括直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以包括两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电压减法电路，其特征在于，所述电压减法电路包括：

运算放大器，所述运算放大器包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端用于连接输入电压，所述运算放大器处于虚短状态以使得所述第二输入端的电压的电压值与所述输入电压的电压值相等；

电流源，所述电流源用于提供预设电流；

降压电阻，所述降压电阻的第一端连接所述电流源和所述第二输入端，所述降压电阻的第二端用于输出输出电压，所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去预设电压值，所述预设电压值为所述预设电流的电流值与所述降压电阻的电阻值的乘积。

2.根据权利要求1所述的电压减法电路，其特征在于，所述第一输入端为反相输入端，所述第二输入端为同相输入端，所述运算放大器还包括输出端，所述输出端连接调整管，所述降压电阻的第二端通过所述调整管接地，所述输出端能够用于调节所述调整管的阻抗以调节所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

3.根据权利要求2所述的电压减法电路，其特征在于，所述调整管为MOS管，所述输出端连接所述MOS管的栅极，所述降压电阻的第二端连接所述MOS管的漏极，所述MOS管的源极接地。

4.根据权利要求2所述的电压减法电路，其特征在于，所述调整管为三极管，所述输出端连接所述三极管的基极，所述降压电阻的第二端连接所述三极管的集电极，所述三极管的发射极接地。

5.根据权利要求2所述的电压减法电路，其特征在于，在所述输入电压减小时，所述输出端的电压增大以调节所述调整管的阻抗减小，以减小所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值；在所述输入电压增大时，所述输出端的电压减小以调节所述调整管的阻抗增大，以增大所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

6.根据权利要求1所述的电压减法电路，其特征在于，所述第一输入端为同相输入端，所述第二输入端为反相输入端，所述运算放大器还包括输出端，所述输出端连接所述降压电阻的第二端，所述输出端能够用于调节所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

7.根据权利要求6所述的电压减法电路，其特征在于，在所述输入电压减小时，所述输出端的电压减小，以减小所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值；在所述输入电压增大时，所述输出端的电压增大，以增大所述输出电压，使得所述输出电压的电压值为所述输入电压的电压值减去所述预设电压值。

8.根据权利要求1所述的电压减法电路，其特征在于，所述预设电流的电流值不变或者能够调节，所述降压电阻的电阻值不变或者能够调节。

9.根据权利要求1所述的电压减法电路，其特征在于，所述电流源包括：

放大器，所述放大器包括第三输入端、第四输入端及控制输出端，所述第三输入端用于连接比较电压，所述放大器处于虚短状态以使得所述第四输入端的电压的电压值与所述比较电压的电压值相等；

限流电阻，所述第四输入端通过所述限流电阻接地；

第一晶体管，所述第一晶体管通过所述限流电阻接地并受所述控制输出端控制，以使得流过所述第一晶体管的电流为所述预设电流，所述预设电流为所述比较电压与所述限流电阻的比值；

第二晶体管，所述第二晶体管镜像所述第一晶体管以输出所述预设电流。

10.一种电路结构，其特征在于，所述电路结构包括权利要求1-9任意一项所述的电压减法电路和后级电路，所述后级电路用于处理所述输出电压。