差分運算放大電路，對共模信號得到有效抑製，而隻對差分信號進行放大
，因而得到廣泛的應用。

 

差分電路的電路構型

目標處理電壓：是采集處理電壓

，比如在係統中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。

 

差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運放處理的電壓
，需要將高壓信號進行分壓處理，如圖1中V1與V2兩端的電壓經過分壓處理，最終得到適合運放處理的電壓Vin+與Vin-。

 

差分放大電路：

 

反饋
，對於運算放大電路來說，運放工作在線性區
，所以這裏一定是負反饋，沒有反饋（開環）或(huo)者(zhe)是(shi)正(zheng)反(fan)饋(kui)，那(na)是(shi)比(bi)較(jiao)器(qi)電(dian)路(lu)而(er)不(bu)是(shi)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)，這(zhe)時(shi)候(hou)運(yun)放(fang)工(gong)作(zuo)在(zai)飽(bao)和(he)區(qu)或(huo)稱(cheng)為(wei)非(fei)線(xian)性(xing)工(gong)作(zuo)區(qu)
，正(zheng)因(yin)為(wei)飽(bao)和(he)，輸(shu)出(chu)才(cai)是(shi)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)幅(fu)值(zhi)。

 

圖2shiyizhongdaizhengfankuideyunfangdianlu，zhelijiubunengjiaoyunsuanfangdadianlule，yinweiyunfangdekaihuanfangdabeishulixiangshiwuxianda
，dangranshijizhongbukenengwuxianda，suoyiruxiajiegoushichizhidianyabijiaoqi

，yunfanggongzuozaifeixianxingquhuobaohequ。

 

圖2

 

圖3
，依然是電壓比較器結構
，上麵已經提到，運放開環增益很大，不帶負反饋，工作就如非線性區，當做電壓比較器來使用。

 

圖3

 

運算放大器
，反饋電阻從輸出接到反相端"-"就是負反饋，當然在輸出信號不超過電源電壓時（注：一切信號的能量來源是電源，輸出當然不可能超過電源幅值）

，實現的功能就是放大信號的功能；接到同相端"+"就是正反饋，電路功能是電壓比較器。當然在實際當中我們並不提倡用運放去做電壓比較器，而是選用專用的比較器
，如LM339

、LM393、LM211等，因為比較器和運放在實際當中內部器件的工作狀態還是有區別的。

 

比較器接了限流電阻—"R74
、R77"，這是因為比較器在幅值切換時，快速上升或下降沿對後級容性負載進行充放電，這個充放電電流確來自這個有源器件—比較器，因此加限流電阻目的是防止電流衝擊。

 

RC濾波：可以酌情調節
，目的是防止輸出過衝等信號失真問題

 

差分輸入電壓的計算

 

圖4電路，為了便於計算
，我們給定每個阻值。

 

差分電路的另一個特點是對稱性，R40=R56及R47=R55，差分分壓兩個支路電阻也是相等的。

 

圖4

 

Vin+和Vin-的值是如何計算的
？

 

我們先通過繁瑣的計算來得到

，然後再簡化計算。

 

首先，運放的同相端5引腳和反相端6引腳，利用"虛短"得到
，其中係數6是指6個100k的電阻

，方便簡化式子：

 

 

那麼通過分壓關係得到Vin+：

 

 

再次通過分壓關係得到Vin-：

 

 

那麼就得到Vin+減Vin-的值。

 

其實還有一種簡單方法得到Vin+減Vin-的值，利用運放的虛短特點，可將電路等效為：

 

圖5

 

圖6

 

所以要計算Vin+減Vin-的值，變得很容易，隻是一個簡單的分壓電路而已，如下計算得到：

 

 

得到差分電壓輸入值是0.84V。

 

差分放大電路的計算

 

圖7

 

計算公式推導，依舊遵循運放的虛短和虛斷特性，當R56=R40，R47=R55時，差分計算可以簡化為：

 

 

實際應用電路中，我們為了簡化計算，也是用最簡方法計算
，經常使用的電路也是上述電路，令電阻相等關係
，簡化計算。

 

放大電路的"偏移計算"

 

為什麼要對輸出電壓進行偏移？這是因為如當采集負值時，我們的采樣芯片和MCU幾乎都不支持負值采樣的時候，你就必須進行偏移，使得輸出總是為正值。

 

偏移電路，如圖8
，在原來同相端電阻接地GND的地方，我們接一個電壓值
，通常也稱為偏移電壓。那麼最終表達式是什麼
？

 

圖8

 

通過疊加定理最終得到：

 

 

這裏公式的成立，保證R64=R72，R73=R57，那麼最終得到偏移公式是在原來基礎上加個電壓偏移量2.5V_Ref：

 

 

隻要根據實際應用選擇合適的偏移量，輸出總會為一個正值。

 

圖9

 

比如，圖9電路
，輸入電壓變為-100V，那麼最終輸出電壓就為：

 

 

這樣就將負電壓偏移為正電壓，處理器符合處理器處理要求了，偏移電路在采集如交流電
、以及存在負直流電壓的控製電路中廣泛使用。