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1、差分运放总结通常有两种方法产生/利用(manipulate)差分信号：1.电子线路方式(electronic)咸本低,体积和重量小，在低频和直流时频率响应好2.变压器方式：有很好的共模抑制比(CMRR),电流隔离，无功率损耗，有很好的抗恶劣EMC性。差分运放的共模输出电压：差分运放输出的共模电压与输入无关，而由输入引脚Vcm电压决定。当Vcm引脚悬空时，差分运放输出的共模电压由其自身的结构决定，应用时应参考其数据手册。图1差分运放原理简图如上图所示，差分运放内部有一个Vcmerroramplifier(Vcm偏差放大器)。它通过不断比较输出共模电
2、压和Vcm端的电压并调整内部的反馈回路来保证共模输出电压跟随Vcmo差分运放的优点：1.抗噪声能力增强。在差分系统中，保证差分传输线尽可能的靠近,可以使线路耦合的噪声表现为共模电压。同时电源部分引入的噪声也以共模电压的形式体现。而差分运放具有很好的CMRR,对共模电压有很好的抑制作用，所以差分运放有更好的抗噪声能力。2.动态范围增大一倍。由于两个差分输出在相位上的改变，其输出的动态范围与单端输岀相比增加一倍。1.消除偶次谐波差分运放的输入输出相位变化：图2差分运放典型应用电路差分运放两条反馈通路必须保持平衡。两条反馈通道构成了对称的反相器。其输入
3、与输岀的相位关系如下：图3正弦正端输入波形图图4正弦信号负端输入波形图差分运放输入电阻的计算图5差分运放单端输入时输入电阻由上图，差分运放单端输入时的输入电阻计算公式为：RIN=RGRF1-27RG+RF差分运放的几个电路图6差分运放基木电路由上图，有下列定义：输入定义:VID二VIN+?VIN?VIC二(VIN++VIN?)/2VOUT++VOUT?二VOCMR3R1B的定义：P1=B2=3412则由上述定义，有：2VIN+1?P1?VIN?1?P2+2VOCM(P1?32)VOD=12输出定义:由上式可以看出，如果两反馈通道平衡，即有R1=R
4、3,R2=R4o此时有则传递函数可以表达为：VODVOUT+?VOUT?l?pR2===IDIN+IN?l由上式可以看出，输入与输出的共模电压对传递函数无作用。此处应注意的是，两个反相反馈通道最后在输出端得到一个正的增益。在许多应用中，往往要求将单端信号转换为差分信号，现对以下几个电路进行介绍：图7平衡时2VIN+1?P1+2VOCM(pl?p2)12保持31=32,以避免VOCM对VOD的影响。以下为几种反馈不平衡的形式。此时VOCM会通过对VOUT+和VOUT-的不同影响而改变差分运放内部工作点,使输岀VOD出现VOCM的相关项。这样会使差分
5、运放的CMRR和抗干扰性大幅下降，在实际应用中不推荐。此处只是作为扩展。VOD二VOD=2VIN+?2VOCM2图801=0VOD2VIN+1?P1=+2VOCM1图9B2二02VIN+1?31+2VOCM(31?1)VOD=1当01=0.333时，增益为1；当B1二0.6时，增益为0.5。图10e2=1图10B1=0B2=1VOD=2VIN+?2VOCM差分运放的阻抗匹配问题：分为差分输入和单端输入两种情况。下面分别予以介绍。差分输入形式：图11对差分输入进行阻抗匹配上图中RS为差分电源的电源内阻，Rt为匹配阻抗，差分运放两反馈通道平衡，即Rl
6、=R3,R2=R4o所以上图电路已处于平衡状态，现在需要解决两个问题：阻抗匹配和增益设置。图12差分输入匹配电阻根据理想放大器的性质，有VN二VP,所以R1与R3是“虚短”的，止如图12所示。为实现阻抗匹配，需有：RS=Zt=Rt
7、
8、（R1+R3）O所以可求出Rt为:lRt=S?13为求电路的增益，将差分电源进行等效变换：图13电源等效变换由上图：RttSVTHRtRS===Rt
9、
10、RSSStSVTH二VSRS1图14等效后电路有:VOUT=VTH所以：VOUTRFRtG二二XtSSRG+此处RF为反馈电阻（R2或R4）,RG为输入电阻（R1或R
11、3）。单端输入形式：RFRFRt二VSXtSRG+RG+图15单端输入进行阻抗匹配上图中RS为单端电源的电源内阻，Rt为匹配阻抗，差分运放两反馈通道处于不平衡状态。现在需耍解决三个问题：阻抗匹配、增益设置及平衡反馈。为求出匹配阻抗Rt,根据理想运放的性质，输入阻抗等效如下：图16单端输入匹配电阻R2K=1R1KVINR1KVINVP=VN=VOUT+X=X二(共模电压为0V)1212VIN?VPVINK=X(1?)33VINR3RIN==R3(l?)RS=Rt
12、
13、RIN由此，可以求出Rt,兀配电源内阻。同上，对电源进行等效变换(见图13)。IR3
14、=图17等效后电路所以冇：VOUTRF=其中RF=R2=R4,RG=R1=R3+Rt
15、
16、RSTHGVOUTRFRtG==XSGSt为保证
