差分放大電路的計算，這樣講我就會了

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差分運算放大電路，對共模信號得到有效抑制，而只對差分信號進行放大，因而得到廣泛的應(yīng)用。
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差分電路的電路構(gòu)型
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0 A# S* _9 E0 E* T" i0 U圖1：差分電路
  V$ |; V; h3 E* Q& m' w( ^目標處理電壓：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。
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-。

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6 o  I9 V' P+ ^差分放大電路
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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。
. ]* C: T" `: @( f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)。

0 g* ~, p0 ^. k圖2
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，不帶負反饋，工作就如非線性區(qū)，當(dāng)做電壓比較器來使用。
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圖3
1 K3 E* r1 P, y1 X' ]" u: r運算放大器，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，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。
& ^. _2 Z  C0 {- }4 J9 N% q* e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。
. v& p% X: Q  H# G  W' H) V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載進行充放電，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。


' x* W+ b) I$ k3 ?差分輸入電壓的計算
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+ {- l2 k/ C, A& N圖4電路，為了便于計算，我們給定每個阻值。
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。
5 y! Y0 G: @- s. k
- s1 V6 z! T- e9 u( `- \; D圖4
* ]/ {9 X( z- V& |3 t  d% d. {+ mVin+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：

" G  O; H! C5 T那么通過分壓關(guān)系得到Vin+：
2 l9 O' _4 m) O
再次通過分壓關(guān)系得到Vin-：
/ _8 w; R: c2 W9 g* Q

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. i9 ^  z9 T8 B4 @, q4 \由此可以得到Vin+減Vin-的值。
: _: T1 s: w+ ?' n7 X+ r5 A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
' S! S) e* o% l1 m+ `! g
: ^8 ~1 v3 f  V1 \# V圖6
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：


$ j5 F1 D3 [* k7 N" L8 [% |
得到差分電壓輸入值是0.84V。


差分放大電路的計算
) K! o1 Q3 n& |9 n- W' n; s


. ?5 f9 s4 T0 @- h6 K圖7
4 ?! P% L: l8 _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：

& |$ W/ `( H4 H9 U# a8 J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。

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放大電路的"偏移計算"

+ R- o/ J' [" i3 O0 s" R
為什么要對輸出電壓進行偏移？這是因為如當(dāng)采集負值時，我們的采樣芯片和MCU幾乎都不支持負值采樣的時候，你就必須進行偏移，使得輸出總是為正值。
9 F5 t- W+ n: m& q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。那么最終表達式是什么？

0 q' p9 I# ~: b3 G. T, N圖8
+ l5 |+ I  o4 m: n5 y/ _  o通過疊加定理最終得到：
! Z: M9 J5 J2 P7 p& c
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：
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5 h# k7 M4 w2 Z. O: O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。
2 E+ k8 l! n: Y/ a2 f  I' x1 t
$ z$ M1 {3 n4 m/ w# W+ c圖9
2 M% C( W* x" I7 m比如，圖9電路，輸入電壓變?yōu)?100V，那么最終輸出電壓就為：

+ j7 ^; F- o% O6 O0 X( J這樣就將負電壓偏移為正電壓，處理器符合處理器處理要求了，偏移電路在采集如交流電、以及存在負直流電壓的控制電路中廣泛使用。


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