什么是差分放大电路？差分放大电路接法大全

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。

差分放大器工作状态

上图a电路，是输入信号IN1=IN2的状态。

（1）因输入端的“虚断”特性，同相输入端为高阻态，其输入电压值仅仅取决于R1、R2分压值，为2V。同相输入端的2V电压可以看作成为输入端比较基准电压；

（2）因两输入端的“虚短”特性，可进而推知其反相输入端，即R3、R4串联分压电路，其b点=a点=2V。这是反馈电压。放大器的控制目的是使反馈电压等于基准电压；

（3）由R1=R3，R2=R4条件可知，放大器输出端只有处于“虚地”状态，即输出端为0V，才能满足b点=a点=2V，这可以由此导出差分放大器的一个工作特征。

上图b中的（1）电路，是IN1》IN2的状态。

（1）此时因同相输入端电压高于反相输入端，输出端电压往正方向变化，其R3、R4偏置电路中的电流方向如图所示；

（2）由R3、R4的阻值比例可知，R3两端电压降为（2.8V－1.5V）/10k，则R4两端电压降为1.3V×4=5.2V，输出端电压为2.8V+5.2V＝8V。

（4）此时的输入电压差为IN1-IN=2V，输出电压为8V。显然，该差分放大器的差分电压放大倍数=R4/R3是4倍压差分放大器。由此可以推知差分放大器的差分输入放大倍数为（1N1-IN2）×R4/R3=-OUT

上图b中的（2）电路，是IN1《IN2的状态。

此时因反同相输入端电压高于同相输入端，输出端电压往负方向变化，其R3、R4偏置电路中的电流方向如图所示。同样，依R3、R4的阻值比例可推知，在此输入条件下，输出端电压为-8V，电路依然将输入差分信号放大了4倍。

从电路的工作（故障）状态判断来说，直接测量R3、R4串联电路的分压状态，只要R3、R4串联分压是成立的，则电路就大致上（起码运放芯片）就是好的；电路的电压放大倍数也由此得出；只要测量输入电压差（R1、R3左端电压差），再测量输出端电压进行比较，则外围偏置电路的好坏。

差分放大电路的接法大全

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：

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

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

共模抑制比

结论：Re愈大，Ac的值愈小，Kcmr愈大，电路的性能愈好。

2、单端输入、双端输出电路

如下图（a）所示为单端输入、双端输出电路。电路对于差模信号是通过发射极相连的方式将T，管的发射极电流传递到T，管的发射极的，故称这种电路为射极耦合电路。

如图（b）所示将输入信号进行等效变换，可看出，两输入端分别输入了差模信号和共模信号。

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

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。

搞不懂差分放大电路？一定要看这一文，公式+案例，几分钟就搞定

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。今天给大家分享的是同相运算放大器。

主要是以下几个方面：

1、BJT 差分放大电路设计

1）差分放大电路图

2）差分运算原理

2、运算放大器设计差分电路

1）差分运算放大电路

2）差分运算放大器公式

3）差分运算放大器实际电路

一、差分放大电路

这里主要介绍两种不同类型的差分放大器电路：

1、BJT差分放大电路设计

2、运算放大器设计差分电路

二、BJT差分放大电路

1、差分放大电路图

如下面的电路图所示，有两个输入 Iput1 和 Iput 2 以及两个输出 V1out 和 V2out 。

Iput1 加到晶体管 Q1 的基极，Iput 2 加到晶体管 Q2的基极。Q1 和 Q2 的发射极都连接到一个共发射极电阻，使得两个输出端 V1out 和 V2out 受到两个输入信号 Iput1 和 Iput 2 的影响。

Vcc 和 Vee 是电路的两个电源电压，仅使用单个电压电源，该电路也可以正常工作 。你可能还注意到电路中没有指示接地端子。因此，可以理解为正负电压电源的相反点都连接到地。

差分放大电路图

理想情况下，两个独立的晶体管具有相似的特性，共发射极电阻 Re、共正电源 Vcc 和共负电源 Vee由两个晶体管共享。

现在，我们想到的是如何在输入端应用信号并获得输出。

2、常见差分放大电路的四种接法

（1）双输入平衡输出

在双输入配置中，两个输入被给定一个输出来自两个晶体管。

（2）双输入不平衡输出

输入提供给两个晶体管，但输出来自单个晶体管。

（3）单输入平衡输出

通过提供单输入 ，我们从两个独立的晶体管获取输出 。

（4）单输入不平衡输出

给定其中一个单个输入 ，输出仅来自单个晶体管。

3、差分运算原理

（1）第一种情况

首先，在晶体管 Q1的基极施加一个信号，在晶体管 Q2 的基极没有施加任何信号 。具体电路图如下所示：

差分运算原理电路图

在这里，Q1 以两种方式起作用：首先，作为共射极放大器，Q1 处的应用输入将在输出 1 处提供放大的反相信号。其次，作为共集电极放大器，信号出现在Q1 的发射极，与输入同相，略小。

因此，Q1 基极的输入信号驱动晶体管，即 Q1 由正输入信号导通。RC1 上的电压降将更大，导致 Q1 的集电极的正负更小。

当输入信号为负时，晶体管 Q1 将关闭，从而导致 RC1 上的电压降较小，从而导致 Q1的集电极更正。

这样，通过在输入 1 处施加信号，在 Q1 的集电极上出现反相输出。

当 Q1 通过输入的正半部分变为 ON 时，通过 RE 的电流将增加，因为我们知道 I C ≈ I E 。因此，RE 处的电压降将更大，从而导致两个晶体管的发射极都向正方向移动。

Q2 发射极正将导致 Q2 的基极为负。这个负半部分将导致 Q2 中的电流减少。结果，R C2 处的电压降也将更小，因此集电极向正方向移动。

这样，我们将在 Q2 的集电极处有一个非反相输出，用于 ​Q1 的基极处的正输入。

（2）第二种情况

现在是第二种情况，假设现在将信号施加到晶体管 Q2 的基极并且晶体管 Q1 接地 。

差分运算原理电路图

因此，在这种情况下，上述情况将互换，即现在 Q2将充当共发射极和共放大器，而 Q 1 将充当共基极放大器。

因此，在 Q1 的输出端将接收到一个反相和放大的输出，在 Q2 的输出端我们将有一个非反相放大输出。

三、放大器构建的差分运算放大电路

1、差分运算放大电路

差分放大电路 是用于放大两个输入信号的电压差的器件， 差分放大电路是模拟系统集成电路中的重要组成部分。

差分放大通常构成运算放大器的输入级 ，简单来说，我们可以说差分放大电路是一个放大 2 个输入信号的差值的设备。

如下图所示：其中运算放大器用作差分放大器

差分运算放大电路

2、差分运算放大器公式

通过将每个输入依次连接到 0v 地，我们可以使用叠加来求解输出电压Vout。那么差分放大器 电路的传递函数为：

差分运算放大器公式

差分放大器公式：

当电阻 R1 = R2 和 R3 = R4 时，差分运算放大器的上述传递函数可以简化为以下表达式：

差分放大器公式

如果所有电阻器的欧姆值都相同，即：R1 = R2 = R3 = R4，则电路将成为单位增益差分放大器 ，放大器的电压增益将恰好为 1 或单位。那么输出表达式就是：

Vout = V 2 – V 1

另请注意，如果输入V1高于输入V2，则输出电压总和将为负，如果V2高于V1，则输出电压总和将为正。

3、差分运算放大器实际电路

（1）惠斯通电桥差分放大器

差分放大电路 是一个非常有用的运算放大器电路，通过添加更多与输入电阻 R1 和 R3 并联的电阻，可以使所得电路“加”或“减”施加到各自输入端的电压。 进行这样操作的最常见方法之一是将通常称为惠斯通电桥 的“电阻桥”连接到放大器的输入端，如下图所示。

惠斯通电桥差分放大器

（2）光激活差分放大器

通过将一个输入电压与另一个输入电压进行“比较”，标准差分放大器电路现在变成了一个差分电压比较电路。

例如，通过将一个输入连接到电阻桥网络的一个分支上设置的固定电压基准，另一个连接到“热敏电阻”或“光敏电阻”，放大器电路可用于检测低电平或高电平随着输出电压成为电阻桥有源桥臂变化的线性函数，温度或光照水平将在下面光激活差分放大电路 进行演示：

在这里，下面的电路充当一个光激活开关，当 LDR 电阻检测到的光水平超过或低于某个预设值时，它将输出继电器“打开”或“关闭”。 固定电压基准通过R1 – R2分压器网络施加到运算放大器的非反相输入端。

V1处的电压值通过反馈电位 VR2 设置运算放大器的跳变点，VR2用于设置开关滞后，这是“开”的亮度和“关”的亮度之间的差异。

差分放大器的第二个引脚由一个标准的光敏电阻组成，也称为 LDR，光敏电阻传感器可根据其单元上的光量改变其电阻值（因此得名），因为它们的电阻值是照明的函数。

惠斯通电桥差分放大器

LDR 可以是任何标准类型的硫化镉 (cdS) 光电导电池，例如普通 NORP12，其电阻范围在阳光下约 500Ω 到黑暗中约 20kΩ 或更大之间。

NORP12 光电导电池具有类似于人眼的光谱响应，因此非常适合用于照明控制类型的应用。

光电池电阻与光照水平成正比，并随着光照强度的增加而下降，因此V2处的电压水平也会在开关点之上或之下变化，这可以由VR1的位置确定。

通过使用电位 VR1 调节光级跳闸或设定位置，使用电位器调节开关迟滞，VR2 可以制成精密光敏开关。根据应用，运算放大器的输出可以直接切换负载，或使用晶体管开关来控制继电器或灯本身。

通过用热敏电阻代替光敏电阻，也可以使用这种简单的电路配置来检测温度。通过交换VR1和LDR的位置，该电路可用于使用热敏电阻检测亮或暗，或热或冷。

这种放大器设计的一个主要限制 是其输入阻抗低于其他运算放大器配置，例如非反相（单端输入）放大器。

每个输入电压源都必须通过输入电阻驱动电流，该输入电阻的总阻抗低于单独的运算放大器输入的阻抗。这对于低阻抗源（例如上面的桥电路）可能是好的，但对于高阻抗源来说不是很好。

解决这个问题的一种方法 是在每个输入电阻上添加一个单位增益缓冲放大器 ，例如上一教程中看到的电压跟随器。

这为我们提供了一个具有非常高输入阻抗和低输出阻抗的差分放大器电路，因为它由两个同相缓冲器和一个差分放大器组成。这构成了大多数“仪表放大器”的基础。

（3）高输入阻抗仪表放大器

仪表放大器 （仪表放大器）是非常高增益的差分放大电路 ，具有高输入阻抗和单端输出。 仪表放大器主要用于放大来自电机控制系统中的应变仪 、热电偶 或电流传感设备的非常小的差分信号。

与标准运算放大器不同，标准运算放大器的闭环增益由连接在其输出端子和一个输入端子（正或负）之间的外部电阻反馈决定，“仪表放大器”具有与其输入端子有效隔离的内部反馈电阻因为输入信号施加在两个差分输入V1和V2上。

仪表放大器还具有非常好的共模抑制比，CMRR（当V 1 = V 2时为零输出）在直流时远远超过 100dB。下面给出了具有高输入阻抗 ( Zin )的三运放仪表放大器的典型示例 ：

高输入阻抗仪表放大器

两个同相放大器形成一个差分输入级，用作缓冲放大器，差分输入信号的增益为1 + 2R2/R1，共模输入信号的增益为单位增益。 由于放大器 A1 和 A2 是闭环负反馈放大器，我们可以预期 Va 处的电压等于输入电压 V1。同样， Vb 处的电压等于 V2 处的值。

由于运算放大器在其输入端子（虚拟接地）处没有电流，因此相同的电流必须流过连接在运算放大器输出端的 R2、R1 和 R2 三个电阻网络。这意味着 R1 上端的电压将等于 V1 ， R1 下端的电压将等于 V2 。

这会在电阻 R1 上产生一个电压降，该电压降等于输入 V1 和 V2 之间的电压差，即差分输入电压，因为每个放大器的求和点处的电压 Va 和 Vb 等于施加到其正输入的电压。

但是，如果在放大器输入端施加共模电压，则 R1 两侧的电压将相等，并且没有电流流过该电阻。由于没有电流流过 R1（因此，也没有流过两个 R2 电阻，放大器 A1 和 A2 将作为单位增益跟随器（缓冲器）运行。由于放大器 A1 和 A2 输出端的输入电压在三个电阻网络上出现差异，电路的差分增益可以通过改变 R1 的值来改变。

差分运算放大器 A3 用作减法器的电压输出只是其两个输入 ( V2 – V1 ) 之间的差值，并被 A3 的增益放大，该增益可能为 1（假设R3 = R4）。

然后我们有一个仪表放大器电路的总电压增益的一般表达式为：

仪表放大器公式：

仪表放大器公式

以上就是关于差分放大电路 的知识，希望大家多多支持 我，得点赞 ，关注 ，有问题欢迎在评论区留言 ，大家一起讨论 。

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