差分運(yùn)算放大電路,，對(duì)共模信號(hào)得到有效抑制，而只對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大,，因而得到廣泛的應(yīng)用,。
1、如下圖是差分電路的電路構(gòu)型
目標(biāo)處理電壓：是采集處理電壓,，比如在系統(tǒng)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(yùn)放處理的電壓,，需要將高壓信號(hào)進(jìn)行分壓處理,，如圖中V1與V2兩端的電壓經(jīng)過(guò)分壓處理，最終得到適合運(yùn)放處理的電壓Vin+與Vin-,。
?、俜答仯瑢?duì)于運(yùn)算放大電路來(lái)說(shuō),，運(yùn)放工作在線性區(qū),，所以這里一定是負(fù)反饋，沒(méi)有反饋（開(kāi)環(huán)）或者是正反饋,，那是比較器電路而不是放大電路,，這時(shí)候運(yùn)放工作在飽和區(qū)或稱為非線性工作區(qū)，正因?yàn)轱柡?，輸出才是電源電壓的幅值?/p>
如下圖是一種帶正反饋的運(yùn)放電路,，這里就不能叫運(yùn)算放大電路了，因?yàn)檫\(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)理想是無(wú)限大，當(dāng)然實(shí)際中不可能無(wú)限大,，所以如下結(jié)構(gòu)是遲滯電壓比較器,，運(yùn)放工作在非線性區(qū)或飽和區(qū)。
如下圖,，依然是電壓比較器結(jié)構(gòu),，上面已經(jīng)提到，運(yùn)放開(kāi)環(huán)增益很大,，不帶負(fù)反饋,，工作就如非線性區(qū)，當(dāng)做電壓比較器來(lái)使用,。
運(yùn)算放大器,，反饋電阻從輸出接到反相端“-”就是負(fù)反饋，當(dāng)然在輸出信號(hào)不超過(guò)電源電壓時(shí)（注：一切信號(hào)的能量來(lái)源是電源,，輸出當(dāng)然不可能超過(guò)電源幅值）,，實(shí)現(xiàn)的功能就是放大信號(hào)的功能；接到同相端“+”就是正反饋,，電路功能是電壓比較器,。當(dāng)然在實(shí)際當(dāng)中我們并不提倡用運(yùn)放去做電壓比較器，而是選用專用的比較器,，如LM339、LM393,、LM211等,，因?yàn)楸容^器和運(yùn)放在實(shí)際當(dāng)中內(nèi)部器件的工作狀態(tài)還是有區(qū)別的。
比較器接了限流電阻—“R74,、R77”,，這是因?yàn)楸容^器在幅值切換時(shí)，快速上升或下降沿對(duì)后級(jí)容性負(fù)載進(jìn)行充放電,，這個(gè)充放電電流確來(lái)自這個(gè)有源器件—比較器,，因此加限流電阻目的是防止電流沖擊。
RC濾波：可以酌情調(diào)節(jié),，目的是防止輸出過(guò)沖等信號(hào)失真問(wèn)題
2差分輸入電壓的計(jì)算
如下電路,，為了便于計(jì)算，我們給定每個(gè)阻值,，差分電路的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)稱性,，R40=R56以及R47=R55，差分分壓兩個(gè)之路電阻也是相等的,。
Vin+和Vin-的值是如何計(jì)算的,，我們先通過(guò)繁瑣的計(jì)算來(lái)得到，然后再簡(jiǎn)化計(jì)算
首先，運(yùn)放的同相端5引腳和反相端6引腳,，利用“虛短”得到,，其中系數(shù)6是指6個(gè)100k的電阻，方便簡(jiǎn)化式子
那么通過(guò)分壓關(guān)系得到Vin+
再次通過(guò)分壓關(guān)系得到Vin-
那么就得到Vin+ - Vin-的值
其實(shí)還有一種簡(jiǎn)單方法得到Vin+ - Vin-的值,，利用運(yùn)放的虛短特點(diǎn),，可將電路等效為
所以要計(jì)算Vin+ -Vin-的值，變得很容易,，只是一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓電路而已,，如下計(jì)算得到
得到差分電壓輸入值是0.84V
3差分放大電路的計(jì)算
計(jì)算公式推導(dǎo)，依舊遵循運(yùn)放的虛短和虛斷特性,，當(dāng)R56=R40,，R47=R55時(shí)，差分計(jì)算可以簡(jiǎn)化為：
實(shí)際應(yīng)用電路中,，我們?yōu)榱撕?jiǎn)化計(jì)算,，也是用最簡(jiǎn)方法計(jì)算，經(jīng)常使用電路也是使用上述電路,，令電阻相等關(guān)系,，簡(jiǎn)化計(jì)算。
4放大電路的“偏移計(jì)算”
為什么要對(duì)輸出電壓進(jìn)行偏移,，這是因?yàn)槿绠?dāng)你采集負(fù)值時(shí),，我們的采樣芯片和MCU幾乎都不支持負(fù)值采樣的時(shí)候，你就必須進(jìn)行偏移,，使得輸出總是為正值,。
偏移電路，如下圖,，在原來(lái)同相端電阻接地GND的地方,，我們接一個(gè)電壓值，通常也稱為偏移電壓,，那么最終表達(dá)式是什么,。
通過(guò)疊加定理最終得到
這里公式的成立，保證R64=R72,，R73=R57,，那么最終得到偏移公式是在原來(lái)基礎(chǔ)上加個(gè)電壓偏移量2.5V_Ref
只要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的偏移量，輸出總會(huì)為一個(gè)正值
比如,，如下電路,，輸入電壓變?yōu)?100V，那么最終輸出電壓就為
這樣就將負(fù)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(fù)直流電壓的控制電路中廣泛使用。
更多信息可以來(lái)這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<
