常规放大电路和差分放大电路有什么不同

来源:lq 作者:2019年07月17日 09:44

差动放大器,Difference amplifer,可以在很高的共模电压的差分信号中,提取出差分信号。传递函数为 Vout=(V+IN)-(V-IN)。

差分放大器 Differential amplifer,指输入/输入均为差分信号的放大器。增益由外接电阻设置,对于差动放大器,请参考AD629数据手册。对于差分放大器,请参考AD831*系列。

差分放大电路基础

常规放大电路和差分放大电路有什么不同

该放大器的传递函数为:

若R1 = R3 且R2 = R4,则公式 1 简化为:

应用电路:

电路一:

用运放做电流采样,再用单片机AD采集处理。

常规放大电路和差分放大电路有什么不同

注:

1、Rp10、Rp11、Cp8、Cp9,是对输入做的RC滤波,后面的Rp15和Cp11是对输出做的RC滤波。

2、Rp16是为了防止运放输出不够低的现象,电阻的阻值不宜过大过小,根据运放的阻抗选择。

3、Dp6是为了防止输出端电压过高,烧坏CPU的IO口。

4、Rp12 = Rp13,Rp14=R10。 Vout = Rp14/Rp12 *(Vin+ -Vin-)。

电路二:

常规放大电路和差分放大电路有什么不同

注:

差分放大电路不再说了,这个电路是为了避免运放到了输出低端非线性的问题。

Vout = Rc9/Rc8 * (Vin+-Vin-) +基准电压值。具体的计算过于复杂,不再说明。

常规放大电路和差分放大电路的区别

一、常规放大电路

暂时不讨论放大电路的工作原理,直接使用放大器的虚短(短路)和虚断(断路)性质来分析这一类电路,之所以在前面加个虚字,是因为放大器的两端并不是真正的短路或断路。如下图所示,虚短:UP=UN,虚断:IP=0; IN=0。无论放大器接在何种电路中,这两个式子都是成立的。

常规放大电路和差分放大电路有什么不同

图1 放大器性质

1、电压跟随器

电压跟随,听名字应该就能想到,它的作用就是输出电压Uo应该是随着输入电压Ui变化而变化的(Uo=Ui),如下图所示,由上面讲到的虚短性质,很容易得到Ui=Up=Un=Uo。有人会疑问,直接把Ui接到Uo,岂不是更加方便,要这个做什么。这个就要看电路需求而定了。电压跟随器的作用一般是起到隔离的作用,输入的电流太大的话,也不影响到输出的电流。

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图2 电压跟随器电路图

2、电压放大电路

说了这么多,也没有看到放大器起到放大的作用,那么它是如下做到放大的电压作用的呢,且看下面这个电路。

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图3 电压放大电路

从图3可以看到电路将输入电压放大了-3倍,这个负号来源,在图3中的公式推导已经说得很明白了。充分利用虚短和虚断的性质,加上外接电路,可以实现放大电压的功能(当然也可以缩小电压)。这个电路有一个小小的问题,就是它放大电压后有一个负号,平时我们要的都是输出电压与输入电压同符号,那么如何做到输出电压与同向呢,其实也很容易,且看下面电路图5。它的放大倍数也很好计算,元器件没有比上面多。但是这里又引是入一个新的问题,从下图4的公式推导中,可以明显看到,Uo/Ui》1,那么在我们需要将电压值缩小的场合,这个电路将不再适用。

常规放大电路和差分放大电路有什么不同

图4 电压同向放大电路

那么如何做到同向的任一放大倍数的电路呢,也并不难,又请看下方图5电路。电路中多了两个电阻,成本并不会增加多少。由图中推导的公式,如果R1+R2=R3+R4,那么放大倍数Uo/Ui=R4/R1,这个电阻阻值大小是完全可以做到任意选择的。在实际电路的设计过程中,通常令R1=R3,R2=R4,这样可以使R1+R2=R3+R4成立,同时也能够很清晰地记住这个电路的放大倍数即为:Uo/Ui=R2/R1。

常规放大电路和差分放大电路有什么不同

图5 电压同向任一放大倍数电路

二、差分放大电路

上面讲到的所有放大电路都有一个明显的特点,就是它们只是放大某一个电势点,另一个电势点是默认接地的。而有时我们需要放大电压的两端电势没有一个接地的,那么这个时候,上述所有放大电路将不再适用。我文章一开头提到的采样步进电机电流,就是这种情况,这个时候就是差分放大电路登场的时间了。

常规放大电路和差分放大电路有什么不同

图6 差分放大电路

在使用差分放大电路时,有一点需要特别地注意,不仅|k*(U1-U2)|《15(最好是小于13V左右,取得比较好的效果),而且Un与Up应该也要小于15v,否则放大不会工作在线性区,导致电路非正常工作。

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