因为支持±10V输出的DAC芯片更贵且功耗高，而工业PLC对成本极度敏感。这个设计用通用DAC+标准运放就实现了专业功能，是典型的工业级性价比方案。
核心在于理解工业标准的电压范围需求！PLC的模拟输出模块通常要兼容两种标准：0~10V单极性输出和±10V双极性输出。而常见DAC芯片（如轨到轨输出型）通常只能输出单极性电压（如0~5V）。这个减法+放大结构本质是**将DAC的单极性输出线性映射到双极性范围**的精巧设计。减法器减2.5V是关键偏移：DAC输出0~5V时，减2.5V就变成-2.5V~+2.5V，实现了以零为中心。但±2.5V范围不够，所以再用负反馈放大（比如4倍），正好将±2.5V放大到目标±10V。这种结构既节省成本（用单DAC芯片支持两种输出模式），又保证精度（运放负反馈能修正误差）
在PLC的模拟输出模块中，DAC（数模转换器）后接减法器再接放大器的结构是一个非常经典和巧妙的设计。
这样做的核心目的通常是为了：利用单极性、低电压的DAC芯片，产生双极性、较高电压的输出范围，同时满足工业标准信号规范（如±10V或±5V）。
核心原因：兼容性与成本
DAC芯片的局限性：
许多常见且成本效益高的DAC芯片设计为单极性输出（例如 0V 到 5V 或 0V 到 2.5V）。
它们的供电电压通常较低（如3.3V或5V），无法直接产生高于其供电电压的输出，更不用说负电压了。
工业标准的需求：
工业控制中，许多执行器（如伺服驱动器、变频器）和仪表需要双极性电压信号进行控制，例如 ±10V（对应电机的正反转、阀门的开闭等）。
因此，需要一个电路，将DAC的单极性、低电压输出，转换为双极性、较高电压的输出。您描述的“先减法，再放大”结构完美地实现了这个功能。
电路工作原理分步解析（以常见情况为例）
我们以一个典型的场景为例：
DAC输出： 0V 到 5V（单极性）
目标输出： -10V 到 +10V（双极性）
第1步：减法器（减去中间值 – 偏移）
目的： 将DAC输出电压的“中点”从2.5V移动到0V。
操作： 使用一个运放减法器电路，从DAC的输出电压中精确地减去2.5V。
当DAC输出为 0V 时：
0V - 2.5V = -2.5V
当DAC输出为 2.5V 时：
2.5V - 2.5V = 0V
当DAC输出为 5V 时：
5V - 2.5V = +2.5V
结果： 我们得到了一个以0V为中心的双极性小信号范围：-2.5V 到 +2.5V。
为什么是2.5V？ 因为它是DAC输出范围（0-5V）的中间值。这个电压通常由一个高精度的电压基准芯片提供，以确保偏移的准确性。
第2步：反相/同相放大器（比例放大 – 增益）
目的： 将上一步得到的±2.5V小信号，放大到工业标准所需的±10V。
操作： 使用一个反相或同相放大电路。
计算所需的增益
Gain
Gain = 目标电压范围 / 当前电压范围 = 20V / 5V = 4
因此，我们需要一个放大倍数为4的放大器。
当输入为 -2.5V 时：
-2.5V * 4 = -10V
当输入为 0V 时：
0V * 4 = 0V
当输入为 +2.5V 时：
+2.5V * 4 = +10V
结果： 完美得到了 -10V 到 +10V 的目标输出。
为什么要把这两步分开？优势是什么？
精度与灵活性：
偏移（减法）和增益（放大） 可以分别进行精确调校。在实际生产中，可以使用高精度的电位器或激光修整电阻来独立校准这两个参数，确保“零位”（0V输入对应的输出）和“满量程”（最大值输入对应的输出）都极其准确。
充分利用DAC的分辨率：
一个16位的DAC有65536个等级。如果直接用一个运放电路同时实现偏移和放大，电路设计和计算会更复杂。分开处理可以更直观地确保DAC的每一个数字代码变化，都能线性地对应最终输出电压的变化，从而充分利用其高分辨率。
模块化设计：
这种结构允许使用通用的DAC芯片模块，通过改变后端“调理电路”的偏移量和增益，来产生不同的工业标准信号（如0-5V, 0-10V, ±5V, ±10V），增加了设计的通用性和可维护性。
负反馈保证性能：
您提到的“负反馈放大”是运算放大器的标准接法。负反馈可以：
提供精确、稳定的增益（由两个外部电阻的比值决定，不受运放自身开环增益波动的影响）。
降低输出阻抗，使电路能驱动一定的负载（如500Ω以上的工业设备）。
提高带负载能力，保证输出电压不会因为接上负载而下降。
总结
在PLC的DAC输出电路中，“先减2.5V，再放大4倍”的本质是一个信号调理过程，其目的是：
将廉价通用DAC芯片的单极性低电压输出，通过“偏移”和“增益”两个独立可控的步骤，精准地转换为工业控制所需的双极性高电压标准信号（如±10V）。
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