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    对于平平衡(差分)输入的差分放大器配置衡差分输入信号,两个输入端(+DIN和-DIN)之间的输入阻抗(RIN,dm)可简单计算为

     

      

    对于非平衡单端输入信号(见图2),通过公式来计算输入阻抗:

     

    该电路的有效输入阻抗高于作为反向器连接的常规运算放大器,是因为一部分差分输出电压在输入端表现为共模信号,部分地增高了通过输入电阻RG 两端的电压。

    放大器的增益可通过以下增益公式来计算:

     

    1.用公式(1)计算输入阻抗RW。

     

    2.对于源端接电阻为50Ω,则用公式RT||RIN=50Ω计算端接电阻RT

     

    3.利用戴维宁等效补偿反相输入端电阻。RTS=Rs||RT

     


     4.必须重新计算反馈电阻以调整输出电压,如下所示。

     

    若要输出为1Vpp补偿输入损失,则R1改为2011.558Ω。

     5.完成的单端转差分系统:

     

     

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    来自:http://www.elecfans.com/news/dianzi/20171118581901_a.html

    什么是差分放大电路

      差分放大电路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。但是差分放大电路结构复杂、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。差分放大电路: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,差分放大电路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I0来代替,以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-  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+  ,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。

    差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      基本状态


            差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。当外信号加到两输入端子之间,使两个输入信号Vi1、Vi2的大小相等、极性相反时,称为差模输入状态。此时,外输入信号称为差模输入信号,以Vid表示,且有:

      当外信号加到两输入端子与地之间,使Vi1、Vi2大小相等、极性相同时,称为共模输入状态,此时的外输入信号称为共模输入信号,以Vic表示,且 :

      当输入信号使Vi1、Vi2的大小不对称时,输入信号可以看成是由差模信号Vid和共模信号Vic两部分组成,其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。

      (1)对差模输入信号的放大作用

      当差模信号Vid输入(共模信号Vic=0)时,差放两输入端信号大小相等、极性相反,即Vi1=-Vi2=Vid/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反,导致两输出端对地的电压增量, 即差模输出电压Vod1、Vod2大小相等、极性相反,此时双端输出电压Vo=Vod1-Vod2=2Vod1=Vod,可见,差放能有效地放大差模输入信号。

      要注意的是:差放公共射极的动态电阻Rem对差模信号不起(负反馈)作用。

      (2)对共模输入信号的抑制作用

      当共模信号Vic输入(差模信号Vid=0)时,差放两输入端信号大小相等、极性相同,即Vi1=vI2=Vic,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同,导致两输出端对地的电压增量, 即差模输出电压Voc1、Voc2大小相等、极性相同,此时双端输出电压Vo=Voc1-Voc2=0,可见,差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

      此外,在电路对称的条件下,差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

     

      差分放大电路单端输出和双端输出区别

      1、接法是这样,但放大对象不一样。双端输入,放大的是两个输入端之间的差值。单端输入的两个输入端其中一个是接地的,如果简单的把这个接地端接到差分放大电路的另外一个输入端,这种电路实质上还是单端输入。

      双端输入和单端输入真正的差别在于:双端输入时完全是差模信号,而单端输入时,则伴随着共模信号的输入,这个特点也可以用于区分单端输入和双端输入。

      2、单端输入差分电路与原先单端电路的功能是一致的,只是对抗共模干扰、温度漂移的能力得到很大加强。

      差分放大电路中单端输出是对地输出,是不平衡输出,而双端输出的输出端可以浮地,这时可构成平衡输出。还有就是双端输出的浮地阻抗比单端输出大一倍。

      差分放大电路单端输出和双端输出的应用

      1.双端输入单端输出电路

      电路如右图所示,为双端输入、单端输出差分放大电路。由于电路参数不对称,影响了静态工作点和动态参数。

      直流分析:

      画出其直流通路如右下图所示,图中 和 是利用戴维宁定理进行变换得出的等效电源和电阻,其表达式分别为:

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      交流分析:

      在差模信号作用时,负载电阻仅取得T1管集电极电位的变化量,所以与双端输出电路相比,其差模放大倍数的数值减小。

      如右下图所示为差模信号的等效电路。在差模信号作用时,由于T1管与T2管中电流大小相等方向相反,所以发射极相当于接地。

      输出电压

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      一半。如果输入差模信号极性不变,而输出信号取自T2管的集电极,则输出与输入同相。当输入共模信号时,由于两边电路的输入信号大小相等极性相同。与输出电压相关的T1管一边电路对共模信号的等效电路如下

    差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

    差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      可见,单端输入电路与双端输入电路的区别在于:差模信号输入的同时,伴随着共模信号输入。

      输出电压

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

      静态工作点以及动态参数的分析完全与双端输入、双端输出相同。

      3.单端输入、单端输出电路

      如右图所示为单端输入、单端输出电路,该电路对静态工作点、差模增益、共模增益、输入与输出电阻的分析与单端输出电路相同。对输入信号的作用分析与单端输入电路相同。

      差分放大电路单端输出和双端输出区别以及应用

    转载于:https://www.cnblogs.com/CodeWorkerLiMing/p/10846854.html

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  • 分析了经典差分放大电路的共模抑制比CMRR与输入电阻RIN 1.经典差分放大电路 基于运放的经典差分放大电路在各模电教材中均能找到,利用分离电阻和运算放大器实现,如图1所示为一种差分放大电路: 图1 经典差分...

     分析了经典差分放大电路的共模抑制比CMRR与输入电阻RIN

    1.经典差分放大电路

    基于运放的经典差分放大电路在各模电教材中均能找到,利用分离电阻和运算放大器实现,如图1所示为一种差分放大电路:

    图1 经典差分电路

    (1)理想状态下的分析

    首先将OP1177看作理想运放,利用虚短、虚断的原理,可以得到:

    VP=V2*R4/(R3+R4)---------------------(1)

    (V1-VN)/R1=(VN-VOUT)/R2------------(2)

    VN=VP-------------------------------------(3)

    整理式(1)~(3),可以得到:

    VOUT=(R1+R2)*R4/(R1*(R3+R4))*V2-V1*R2/R1------(4)

    当R4/R3=R2/R1的时候:

    VOUT=(R2/R1)(V2-V1)------------------(5)

    式(5)表示在理想状态下,VOUT输出的信号为输入信号的差模输出,并能完全抑制共模信号,并能实现差模信号的放大。

     


     

    (2)实际状态分析

    为了便于分析,对于两路输入信号V2、V1,假设:

      K1=VDEF=V2-V1------------------------(6)

      K2=VCOM=(V2+V1)/2------------------(7)

    其中VDEF表示差模输入信号,VCOM表示共模输入信号,为了方便计算,用系数K1、K2分别表示。

    由式(6)、(7)整理得到:

    V2=(2*K2+k1)/2--------------------------(8)

    V1=(2*k2-k1)/2---------------------------(9)

    将式(8)~(9)代入式(4)中,可以得到:

    VOUT={((R1+R2)*R4+R2*(R3+R4))/(2*R1(R3+R4))}*K1+{(R1+R2)*R4-R2*(R3+R4)/(R1*(R3+R4))}*K2

            =A_DM*K1+A_CM*K2

         =A_DM*(V2-V1)+A_CM*((V2+V1)/2)--------------------------(10)

    式(10)表示的含义是VOUT输出信号中,将差模输入信号V2-V1放大了A_DM倍,将共模信号(V2+V1)/2)放大了A_CM倍。

    差模放大倍数A_DM表示为:

    A_DM=(R1+R2)*R4+R2*(R3+R4))/(2*R1(R3+R4))-----------------(11)

    共模放大倍数A_CM表示为:

    A_CM=(R1+R2)*R4-R2*(R3+R4)/(R1*(R3+R4))--------------------(12)

    共模抑制比CMRR可以表示为:

    CMRR=|A_DM/A_CM|=|(R1*R4+2*R2*R4+R2*R3)/(R1*R4-R2*R3)|-----------(13)

    式(13)表示当R4/R3=R2/R1的时候,差分电路的共模抑制比CMRR一定会达到无穷大,此时的输出信号VOUT中将不再包含任何的共模信号

    图2 OP1177的DATASHEET截图

    图2所示为在OP1177中出现的对CMRR函数对R1求偏导的结果,但我经过了数次推导之后,得到的结果如下:

    δCMRR/δR1=-(R2*R3*R4+R2*R4*R4)/(R4R1-R2R3)2  ---------------(14)

    式(14)是否成立????

     (PS:

    LT公司的LT5400高精度匹配电阻具有提高差分式电路CMRR的作用,详见其DATASHEET以及 DESIGN NOTE 1023,上面有关于几种差分电路的CMRR分析,以及考虑了运放的CMRR,以及设计实例,值得借鉴。

    http://123.183.218.77/201205/0fe1d6014e87dcd8328598fac521d4fc.pdf

     

     


     

    (3)差分放大电路的输入电阻分析

    图3经典差分电路输入电阻分析

     

    同时假设以下条件成立:

    (1)运放理想

    (2)电阻匹配,设R1=R2=R3=R4=10KΩ

    设RIN_V2、RIN_V1分别为电路中,从V2端和V1端看进去的输入电阻。

    如图3所示,V2端的输入电阻比较简单,可以直接看出RIN_V2=R3+R4,由于运放的3端没有电流进入,因此可以得到:

    RIN_V2=R3+R4

               =20KΩ------------------------------------------------------------------(15)

    下面重点分析RIN_V1是如何得到的:

    假设在V1端加入信号源V1,在V1的输入端产生了电流I,则理论上来说,RIN_V1可以表示为:

    RIN_V1=U/I---------------------------------------------------------------------(16)

    从图3中可以得到:

    I=(U-VN)/R1---------------------------------------------------------------------(17)

    而VN=VP=V2*R4/(R3+R4)-----------------------------------------------------(18)

    由式(16)~(18)可以得到:

    RIN_V1=V1*(R3+R4)*R1/(V1*R3+V1*R4-V2*R4)-------------------------(19)

    代入式(8)~(9)并整理,得到:

    RIN_V1=(2*K2-K1(R3+R4)*R1)/((2*K2-K1)(R3+R4)-(2*K2+K1)R4)----(20)

    K1=V2-V1-------------------VCOM两组输入信号之间的差模信号

    K2=(V2+V1)/2--------------VDEF表示两组信号之间的共模信号

    从式(20)可以看出,影响RIN_V1取值大小与电阻值、差模信号VDEF、共模信号VCOM的大小相关。

    现考虑一种简单的情况,设共模信号VOCM为零,即K2=0。

    带入式(20)中,可以得到:

    RIN_V1=K1*(R3+R4)*R1/(K1(R3+R4)+K1R4)

               =(R3+R4)*R1/(R3+2*R4)

               =6.666KΩ---------------------------------------------------------------(21)


    总结:

    (1)由运放和分离电阻组成的差分电路的性能与运放、电阻匹配度等有关,在实际设计的时候需要考虑各方面因素。

    (2)差分放大电路的两个输入端的输入电阻值不一致,影响差分放大电路的性能。

    正是由于经典差分放大电路的缺点,才有了性能更好的差分放大器、仪表放大器等出现。

     

    2016-12-29

    21:21:52

    联系邮箱:

    leejiac_jn@163.com

     

     

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  • 1.典型的差分放大电路如下图特点:电路左右两侧对称两管公用发射极电阻 具有两个信号输入端信号既可以双端输出 ,也可以单端输出(输出电压既可以是 也可以是 )两个输入端信号电压的差值是有用的,称为差模输入信号...

    ce09301e38f76bbe0ef6e2697afb0bed.png

    1.典型的差分放大电路如下图

    2afccfce005d00f59800569049b5c339.png

    特点:

    • 电路左右两侧对称
    • 两管公用发射极电阻
    • 具有两个信号输入端
    • 信号既可以双端输出
      ,也可以单端输出(输出电压既可以是
      也可以是
    • 两个输入端信号电压的差值是有用的,称为差模输入信号,该电路称为差分放大电路

    2.抑制零点漂移的原理

    零点漂移:放大电路的静态工作点发生了变化(主要为温度的变化导致)

    在电路中,令

    下面分电路双端输出和单端输出时分别讨论

    (1)电路双端输出时

    • 当温度T一定时,由于电路的对称性,有
      ,输出电压
      =0
    • 当温度增加
      时,晶体管的集电极电流增量相同,因此,集电极电流也相同。即
      ,输出电压仍然是
    • 因此,此电路在双端输出的情况下,零点漂移为0

    (2)电路单端输出时

    发射极电阻

    有负反馈的作用,负反馈可以抑制零点漂移

    因此:差分放大电路是利用电路的对称性和发射极电阻的

    的负反馈作用来抑制零点漂移

    2.典型差分放大电路的静态分析

    e965cc53c624a4d8501b9e98c6b0c94e.png

    可得出如下方程:

    =

    (输入回路方程)

    (输出回路方程)

    2.典型差分放大电路的动态分析

    差模信号:当两个大小相同,相位相反的输入信号分别作用于两个输入端时,即

    时,我们记作

    e32e54edd0bd605aa16b496cf8bf3889.png

    由于

    ,因此,在电压的作用下形成的基极电流

    发射极电流

    ,流过
    上的电流为0
    • 当放大电路双端输出时

    由于电路对称性,负载电阻

    左右两端流过的电流对称。因此,负载电阻
    中点的电位为0。因此,可认为负载电阻
    的中点虚地

    根据交流通路的画法,直流电源

    均对地短路。由此画出电路的交流通路。

    038582772b0cc898bfb4a95adc60cda8.png
    • 当放大电路的单端输出时

    交流通路如下

    5530502575bfa49a4963bc3932b68d93.png

    3.差分放大电路的小信号差模特性

    • 差模电压放大倍数

    当放大电路的负载等于无穷大时,画出放大电路的交流通路

    edeeb624b3bb5cb3b77f6adfc1cf39c1.png

    由于输入电压

    输出电压

    下面,分单端输出和双端输出分别讨论放大电路的输出特性

    …………………………

    …………………………

    continuing

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空空如也

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差分放大电路单端输入电阻