真的通俗易懂！差分信號(hào)電路的解讀

一、什么是差分運(yùn)放電路

差分電路是具有對(duì)共模信號(hào)抑制，對(duì)差模信號(hào)放大特征的電路。該電路的兩個(gè)信號(hào)輸信號(hào)的差值是該電路的有效值。將這兩信號(hào)輸入只差進(jìn)行放大后輸出。如果存在干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾，通過(guò)二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為零，這就達(dá)到了抗共模干擾的目的。對(duì)于運(yùn)算放大電路來(lái)說(shuō)，運(yùn)放工作在線性區(qū)，所以電路一定是負(fù)反饋電路。

運(yùn)放的基本分析方法就是虛短和虛斷，同樣對(duì)差分電路使用虛短和虛斷分析。

虛短：在理想情況下，兩個(gè)輸入端的電位相等，就好像兩個(gè)輸入端短接在一起，但事實(shí)上并沒(méi)有短接，稱(chēng)為“虛短”。

虛斷：在理想情況下，流入集成運(yùn)算放大器輸入端電流為零。即運(yùn)放輸入電阻無(wú)窮大，就好像運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間開(kāi)路。但事實(shí)上并沒(méi)有開(kāi)路，稱(chēng)為“虛斷”。

則有：

聯(lián)立可得：

若R1=R2，R3=R4，則有：

差分運(yùn)放電路具有輸入阻抗極大（理想情況下為無(wú)窮大），一般為兆歐級(jí)、輸出阻抗小、抑制共模信號(hào)的特點(diǎn)。也正因其具有抑制共模信號(hào)的特點(diǎn)，所以差分運(yùn)放電路經(jīng)常被用于高精度的儀表放大中。

差分放大電路的共模抑制比是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它反映了電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。為了保證良好的共模抑制比，需要注意保證輸入端的對(duì)稱(chēng)性，即兩個(gè)輸入信號(hào)的幅度和相位都應(yīng)該相同。要避免輸出端的共模反饋，這可以通過(guò)在輸出端增加電容形成RC濾波來(lái)達(dá)到。也要注意電源噪聲對(duì)電路性能造成的影響，因此也可在電源輸入端加入電容濾波。

二、差分運(yùn)放電路的工作狀態(tài)

接下來(lái)咱們來(lái)看看三種不同工作狀態(tài)下的差分運(yùn)放電路有什么特點(diǎn)。當(dāng)VP=VN時(shí)：

由于虛短，同相輸入端為高阻態(tài)，其輸入電壓值僅僅取決于R2、R3分壓值；由于虛斷，可知其反相輸入端，即R1、R4串聯(lián)分壓電路。這是反饋電壓。放大器的控制目的是使反饋電壓等于基準(zhǔn)電壓。由R1=R2，R3=R4條件可知，放大器輸出端只有處于“虛地”狀態(tài)，即輸出端為0V，才能滿足b點(diǎn)=a點(diǎn)=2V，這可以由此導(dǎo)出差分放大器的一個(gè)工作特征。當(dāng)VP>VN時(shí)：

此時(shí)因同相輸入端電壓高于反相輸入端，輸出端電壓往正方向變化。

由R3、R4的阻值比例可知，R3兩端電壓降為(V+-VN)，其中V+的電壓為VP在R2，R3的分壓電壓，則R4兩端電壓降為4*(V+-VN)，輸出端電壓為V+-VN+4*(V+-VN)。

顯然，該差分放大器的差分電壓放大倍數(shù)=R4/R1是4倍壓差分放大器。由此可以推知差分放大器的差分輸入放大倍數(shù)為（VP-VN）×R4/R1=Vout。

當(dāng)VP

此時(shí)因反同相輸入端電壓高于同相輸入端，輸出端電壓往負(fù)方向變化，其R2、R4偏置電路中的電流方向如紅色粗線。同樣，依R2、R4的阻值比例可推知，在此輸入條件下，輸出端電壓為-[V+-VN+4*(V+-VN)]，電路依然將輸入差分信號(hào)放大了4倍。