差分放大電路的計算，這樣講我就會了

硬件筆記本

點擊上方名片關(guān)注了解更多


差分運算放大電路，對共模信號得到有效抑制，而只對差分信號進(jìn)行放大，因而得到廣泛的應(yīng)用。

# M0 W. H7 B: R- C
差分電路的電路構(gòu)型



圖1：差分電路
1 o! _9 v/ p' K+ |. a+ t目標(biāo)處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統(tǒng)中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。
* w2 s' A" Z  V. M3 |差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓，需要將高壓信號進(jìn)行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經(jīng)過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。
* S; r) e7 v. d# ^4 W
" {9 R( K  u/ A2 f  x% y
3 w) u7 V0 q; g) o+ G差分放大電路
7 U5 N- R" [1 }% g/ S6 A% X$ L
反饋，對于運算放大電路來說，運放工作在線性區(qū)，所以這里一定是負(fù)反饋，沒有反饋（開環(huán)）或者是正反饋，那是比較器電路而不是放大電路，這時候運放工作在飽和區(qū)或稱為非線性工作區(qū)，正因為飽和，輸出才是電源電壓的幅值。
! B9 q0 |" q) ^% q: K' g圖2是一種帶正反饋的運放電路，這里就不能叫運算放大電路了，因為運放的開環(huán)放大倍數(shù)理想是無限大，當(dāng)然實際中不可能無限大，所以如下結(jié)構(gòu)是遲滯電壓比較器，運放工作在非線性區(qū)或飽和區(qū)。
  t* d9 y/ W: I2 |4 o; m6 m
圖2
" B7 W1 @/ E- V4 v, \: Y$ R& m圖3，依然是電壓比較器結(jié)構(gòu)，上面已經(jīng)提到，運放開環(huán)增益很大，不帶負(fù)反饋，工作就如非線性區(qū)，當(dāng)做電壓比較器來使用。

3 s5 G' |5 a6 \2 l$ J' W圖3
9 V7 x3 R' h( O9 U+ U/ V  V+ V運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負(fù)反饋，當(dāng)然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當(dāng)然不可能超過電源幅值），實現(xiàn)的功能就是放大信號的功能；接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。
+ e7 X0 w$ A1 U) i. F當(dāng)然在實際當(dāng)中我們并不提倡用運放去做電壓比較器，而是選用專用的比較器，如LM339、LM393、LM211等，因為比較器和運放在實際當(dāng)中內(nèi)部器件的工作狀態(tài)還是有區(qū)別的。
比較器接了限流電阻—"R74、R77"，這是因為比較器在幅值切換時，快速上升或下降沿對后級容性負(fù)載進(jìn)行充放電，這個充放電電流確來自這個有源器件—比較器，因此加限流電阻目的是防止電流沖擊。
RC濾波：可以酌情調(diào)節(jié)，目的是防止輸出過沖等信號失真問題。

* R& a) G2 ]  |8 o
差分輸入電壓的計算


圖4電路，為了便于計算，我們給定每個阻值。
+ y1 H; Q" p3 x$ q差分電路的另一個特點是對稱性，R40=R56及R47=R55，差分分壓兩個支路電阻也是相等的。

圖4
Vin+和Vin-的值是如何計算的？
我們先通過繁瑣的計算來得到，然后再簡化計算。
首先，運放的同相端5引腳和反相端6引腳，利用"虛短"得到，其中系數(shù)6是指6個100k的電阻，方便簡化式子：

那么通過分壓關(guān)系得到Vin+：

) N4 D- m/ x9 q8 {# U2 {2 I4 G$ N, K再次通過分壓關(guān)系得到Vin-：
9 p: o* s' \' N  x, Y
+ @: l) g3 K8 b2 O: _' _8 v$ e
9 U' C( E: h: F' I% v
由此可以得到Vin+減Vin-的值。
! L' j, w& l7 ?其實還有一種簡單方法得到Vin+減Vin-的值，利用運放的虛短特點，可將電路等效為：

圖5

+ ]1 s4 D/ a2 l8 v2 q! b圖6
" W+ r9 w: h. P( c; p所以，要計算Vin+減Vin-的值，變得很容易，只是一個簡單的分壓電路而已，如下計算得到：

" G5 u1 C" @7 K& {  q% b+ F

得到差分電壓輸入值是0.84V。
1 T! H% _% j8 ]' l' ?3 b* M
7 _* |7 a. D" \+ A
" z3 H2 i- w/ _) \+ r4 i) b7 Q9 u' ^差分放大電路的計算
: F4 s9 o! i# h) o; l/ s" |

( g: V; O# ^3 [. C
圖7
* ~( d" d5 {1 l! W8 P1 J$ d計算公式推導(dǎo)，依舊遵循運放的虛短和虛斷特性，當(dāng)R56=R40，R47=R55時，差分計算可以簡化為：

  K: K( L! ^* _& `3 m/ t0 k實際應(yīng)用電路中，我們?yōu)榱撕喕�計算，也是用最簡方法計算，�?jīng)常使用的電路也是上述電路，令電阻相等關(guān)系，簡化計算。

% |! w* e2 k9 ]1 g6 Z
: @2 N* }- r4 q/ A8 D放大電路的"偏移計算"


為什么要對輸出電壓進(jìn)行偏移？這是因為如當(dāng)采集負(fù)值時，我們的采樣芯片和MCU幾乎都不支持負(fù)值采樣的時候，你就必須進(jìn)行偏移，使得輸出總是為正值。
2 x! v$ ^5 \( A8 j偏移電路，如圖8，在原來同相端電阻接地GND的地方，我們接一個電壓值，通常也稱為偏移電壓。那么最終表達(dá)式是什么？
0 b. g) n; y8 x" k( q7 L$ I2 ^
圖8
" P( \9 o2 |; I5 d通過疊加定理最終得到：

% J, n( }, R9 W5 c1 B& }這里公式的成立，保證R64=R72，R73=R57，那么最終得到偏移公式是在原來基礎(chǔ)上加個電壓偏移量2.5V_Ref：
, s* P. \: a/ w' J# e7 S
' K% B/ `; D- a' I- B: }: w只要根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的偏移量，輸出總會為一個正值。

1 m3 x0 i+ }1 b) c, E4 u圖9
8 O) b9 z& S. Z" W& P& _比如，圖9電路，輸入電壓變?yōu)?100V，那么最終輸出電壓就為：
0 A& z1 n8 g7 x) W
這樣就將負(fù)電壓偏移為正電壓，處理器符合處理器處理要求了，偏移電路在采集如交流電、以及存在負(fù)直流電壓的控制電路中廣泛使用。

% n* [9 t* T& n9 }' X; I2 Z
聲明：
& v  \7 w& q- d* W2 i聲明：文章來源網(wǎng)絡(luò)。本號對所有原創(chuàng)、轉(zhuǎn)載文章的陳述與觀點均保持中立，推送文章僅供讀者學(xué)習(xí)和交流。文章、圖片等版權(quán)歸原作者享有，如有侵權(quán)，聯(lián)系刪除。投稿/招聘/推廣/宣傳 請加微信：woniu26a推薦閱讀▼
電路設(shè)計-電路分析
emc相關(guān)文章
電子元器件
后臺回復(fù)“加群”，管理員拉你加入同行技術(shù)交流群。