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差分放大器是能把两个输入电压的差值加以放大的电路。能把两个输入电压的差值加以放大的电路,也称差动放大器。这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器,常用于直流放大。它可以是平衡(术语"平衡"意味着差分)输入和输出,也可以是单端(非平衡)输入和输出,常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换,是各种集成电路的一种基本单元。
目录
一、差分放大器方案介绍
二、差分放大器的优点
三、差分放大器的作用
四、差分放大器的工作原理
五、差分放大器的特点
六、差分放大器的应用
正文
一、差分放大器方案介绍
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器,有时简称为“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器(简称“功放”)和发射极耦合逻辑电路(ECL,EmitterCoupledLogic)的输入级。如果Q1Q2的特性很相似,则Va,Vb将同样变化。例如,Va变化+1V,Vb也变化+1V,因为输出电压VOUT=Va-Vb=0V,即Va的变化与Vb的变化相互抵消。这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。若差放的两个输入为,则它的输出Vout为:其中Ad是差模增益(differenTlal-modegain),Ac什模增益(common-modegain)。
二、差分放大器的优点
差分放大器利用电路参数的对称性和负反馈作用,有效地稳定静态工作点,以放大差模信号抑制共模信号为显著特征,广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大器结构复杂、分析繁琐,特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法,难以理解,因而一直是模拟电子技术中的难点。差分放大器:按输入输出方式分:有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分:有典型电路和射极带恒流源的电路两种。
(a)射极偏置差放(b)电流源偏置差放
差放有两个输入端子和两个输出端子,因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时,信号同时加到两输入端;单端输入时,信号加到一个输入端与地之间,另一个输入端接地。双端输出时,信号取于两输出端之间;单端输出时,信号取于一个输出端到地之间。因此,差分放大器有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
(a)电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻,或称射极耦合电阻,它实际上就是在工作点稳定电路中植入的射极电阻,只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re,所以经它的作用是稳定静态工作点,对零漂做进一步的抑制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源10来代替,以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-一文看懂差分放大器的接法大全用来补偿射极电阻Re两端的直流压降,以避免采用电压过高的单一正电源+一文看懂差分放大器的接法大全,并可扩大输出电压范围,使两基极的静态电位为零,基极电阻Rb通常为外接元件,也可不用,其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻。
三、差分放大器的作用
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器,有时简称为差放。差分放大器通常被用作功率放大器(简称功放)和发射极耦合逻辑电路(ECL,EmitterCoupledLogic)
的输入级。如果Q1Q2的特性很相似,则Va,Vb将
同样变化。例如,Va变化+1V,Vb也变化+1V,因为输出电压
VOUT二Va-Vb=OV,即Va的变化与Vb的变化相互抵消。这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。若差放的两个输入为,则它的输出Vout为:其中Ad是差模增益(differential-modegain),Ac什模增益(common-modegain)。因此为了提高信/噪比,应提高差动放大倍数,降低共模放大倍数。二者之比称做共模仰制比(CMRR,common-moderejectionratio)。共模放大倍数AC可用下式求出:Ac=2Rl/2Re通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比(CMRR,common-moderejectionratio)衡量差分放大器消除共模信号的能力:由上式可知,当共模增益AcO时,CMRR。Re越大,Ac就越低,因此共模抑制比也就越大。
四、差分放大器的工作原理
虽然运放电路为典型的双端输入、单端输出的三端器件,但多为单端应用(即一端用于信号输入,一端接地),由此可以看出任一信号回路的两端特性,一端接地,一端即信号。就同相放大器而言,信号输入同相端,反相器必有接地回路;就反相放大器而言,信号从反相输入端进入,则同相端即为接地端。由接地回路的不同,甚至也可以判断放大器类型为同相放大器亦或反相放大器。
如果有两路输入信号,分别从两个输入端同时输入,即双端输入,
单端输出的工作模式,即为差分放大器(亦名减法器)。
五、差分放大器的特点
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器,有时简称为差放。
对单电源供电的放大器电路,其输出端(即Q1\Q2的C极)静态工作点为1/2Vcc最为适宜,能保障其最大动态输出范围。只要RC1、RB1等偏置元件取值合适,则可使UC1、,-=0V;
电路设计尽可能使Q1、Q2的静态工作参数一致,二者构成“镜像”电路,RE为电流负反馈电阻,其直流电阻小,动态电阻极大(流过的电流近乎恒定),以提升电路的差分性能。
⑶当IN+=IN-时,或者二者信号电压同步升降时,OUT+、OUT-端电压也在同步升降,且升、降幅度相等,其输差分输出值仍会为0V。如二路输入信号在静态基础上产生了Q1、Q2基极电流的同样增量,则集电极电压会产生下降,,贝UUC1-UC2=-=0V,这说明电路对共模输入信号不予理会,具备优良的抗干扰性能。
众所周知,RS485通讯电路,就是利用差分总线传输方式,产生了强有力的抗干扰效果。
⑷当IN+、IN-输入信号在静态基础上有相对变化,即IN+-IN-HO时,如IN+输入电压往正方向变化时,OUT-会往负方向变化(同时OUT+会往正方向变化),。当OUT-,OUT+,此时使产生了2V的信号电压输出。
六、差分放大器的应用
差分运算放大电路,对共模信号得到有效抑制,而只对差分信号进行放大,因而得到广泛的应用。
目标处理电压:是采集处理电压,比如在系统中像母线电压的采集处理,还有像交流电压的采集处理等。
差分同相/反相分压电阻:为了得到适合运放处理的电压,需要将高压信号进行分压处理,如图中V1与V2两端的电压经过分压处理,最终得到适合运放处理的电压Vin+与Vin-。
差分放大器:
①反馈,对于运算放大电路来说,运放工作在线性区,所以这里一定是负反馈,没有反馈(开环)或者是正反馈,那是比较器电路而不是放大电路,这时候运放工作在饱和区或称为非线性工作区,正因为饱和,输出才是电源电压的幅值。
如下图是一种带正反馈的运放电路,这里就不能叫运算放大电路
了,因为运放的开环放大倍数理想是无限大,当然实际中不可能无限
大,所以如下结构是迟滞电压比较器,运放工作在非线性区或饱和区。