差分放大电路的计算，这样讲我就会了

硬件笔记本

cbauqi2bjp364084745.gif

7 N' |! H7 p5 C$ S5 s- K点击上方名片关注了解更多
6 C  Y. ]0 z: E! e& f. b/ i

, A! F4 I. Q% L% b. `0 t% `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。
# K6 |6 C$ g/ M

bo3gchga2so64084845.gif

差分电路的电路构型

s3snszwnmdj64084945.gif

$ U$ @4 A9 Y5 x2 M2 H, z4 s- l

eydhewe5ucp64085045.png

图1：差分电路
+ k$ F/ y3 X* ^$ z" W6 h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1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-。

  J# ^% d) K  b/ F; p3 u
4 p' @0 x/ a4 l, a差分放大电路
% p% M( g3 S0 Z6 R, ]
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。
图2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。

j4iy5hrlaku64085145.png

( K8 N# M* i/ s7 R图2
图3，依然是电压比较器结构，上面已经提到，运放开环增益很大，不带负反馈，工作就如非线性区，当做电压比较器来使用。

ukpbh1jbnfy64085245.png

图3
运算放大器，反馈电阻从输出接到反相端"-"就是负反馈，当然在输出信号不超过电源电压时（注：一切信号的能量来源是电源，输出当然不可能超过电源幅值），实现的功能就是放大信号的功能；接到同相端"+"就是正反馈，电路功能是电压比较器。
当然在实际当中我们并不提倡用运放去做电压比较器，而是选用专用的比较器，如LM339、LM393、LM211等，因为比较器和运放在实际当中内部器件的工作状态还是有区别的。
比较器接了限流电阻—"R74、R77"，这是因为比较器在幅值切换时，快速上升或下降沿对后级容性负载进行充放电，这个充放电电流确来自这个有源器件—比较器，因此加限流电阻目的是防止电流冲击。
- X; w9 w6 s9 ~* ^* b- h  J7 ?6 o) xRC滤波：可以酌情调节，目的是防止输出过冲等信号失真问题。
1 N+ s3 E8 T, b' M* j

差分输入电压的计算


: ^' S+ F! ?; m! h  D图4电路，为了便于计算，我们给定每个阻值。
, j/ h" E9 p; G差分电路的另一个特点是对称性，R40=R56及R47=R55，差分分压两个支路电阻也是相等的。

brzhjxmmxai64085345.png

图4
Vin+和Vin-的值是如何计算的？
我们先通过繁琐的计算来得到，然后再简化计算。
首先，运放的同相端5引脚和反相端6引脚，利用"虚短"得到，其中系数6是指6个100k的电阻，方便简化式子：
$ C& O& v! h5 r: T. |. O

55nporr0kju64085445.png

- j, h* U* S( l0 I" R9 @那么通过分压关系得到Vin+：

uaylv22oi0264085545.png

/ i* I2 ]+ G; l, T5 p; u再次通过分压关系得到Vin-：

2hec5h5ioiz64085645.png

m223pwyvc3564085745.png

由此可以得到Vin+减Vin-的值。
2 @1 O) g& n/ I0 r* t其实还有一种简单方法得到Vin+减Vin-的值，利用运放的虚短特点，可将电路等效为：

ffjei0gci4o64085845.png

图5
- e) M' s% F* ~% h* k

akmtjfhtr4h64085945.png

图6
! J: ?+ u6 y; i7 u' A所以，要计算Vin+减Vin-的值，变得很容易，只是一个简单的分压电路而已，如下计算得到：
% W* P- V+ T" P' V; }" O5 m- T, _

epeybzaqxmq64086045.png

: B3 r  e2 h( ?3 X! Q, U

advjwqdqprt64086145.png

# b. g* P9 F/ a; K/ D得到差分电压输入值是0.84V。
' c" o8 S+ j; {
9 L* f* |( `1 K; b+ c- y
; |% y, ~. v! b, Y/ I: J差分放大电路的计算

8 e8 v3 i( a7 @. g: c( \. |
4 D: e2 N2 L5 @

wrkavzwfa0n64086245.png

, |1 y2 _3 [6 f+ s: r* T8 {图7
2 U* J6 a* W* F# v计算公式推导，依旧遵循运放的虚短和虚断特性，当R56=R40，R47=R55时，差分计算可以简化为：
) z; `1 }6 l8 F7 S1 N

tu0xewn0mzc64086345.png

实际应用电路中，我们为了简化计算，也是用最简方法计算，经常使用的电路也是上述电路，令电阻相等关系，简化计算。
9 _6 T, g9 K  R4 J) f8 j9 K

放大电路的"偏移计算"
& |; ?8 x5 I7 v) f  c

为什么要对输出电压进行偏移？这是因为如当采集负值时，我们的采样芯片和MCU几乎都不支持负值采样的时候，你就必须进行偏移，使得输出总是为正值。
- Y6 v$ [/ Z7 K# L# e9 l偏移电路，如图8，在原来同相端电阻接地GND的地方，我们接一个电压值，通常也称为偏移电压。那么最终表达式是什么？

amfbm4nhdmo64086445.png

( b/ g5 z* p. Y8 V2 d' n图8
通过叠加定理最终得到：
$ ]7 d% B% _' |* o

uyoxow33igd64086545.png

这里公式的成立，保证R64=R72，R73=R57，那么最终得到偏移公式是在原来基础上加个电压偏移量2.5V_Ref：

ovcwoczxvjg64086645.png

只要根据实际应用选择合适的偏移量，输出总会为一个正值。
" J! I* G: y* b) X3 f9 [5 ^
; t. n" j  S. Q图9
! v2 A0 e8 |$ G, a, d( L$ v+ [& o比如，图9电路，输入电压变为-100V，那么最终输出电压就为：
7 q( `1 v: y$ Z  P- X
$ L4 |7 ^. n7 n这样就将负电压偏移为正电压，处理器符合处理器处理要求了，偏移电路在采集如交流电、以及存在负直流电压的控制电路中广泛使用。


9 G% Y7 ?- g# j! [6 y6 G# i声明：
声明：文章来源网络。本号对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立，推送文章仅供读者学习和交流。文章、图片等版权归原作者享有，如有侵权，联系删除。投稿/招聘/推广/宣传 请加微信：woniu26a推荐阅读▼
! Y( p4 {6 {$ D0 U电路设计-电路分析
emc相关文章
- S5 i0 d; m4 o/ C/ p( f0 S电子元器件
后台回复“加群”，管理员拉你加入同行技术交流群。