一種典型的差分放大電路設計與測試

摘要： 簡(jiǎn)述一種典型的差分輸入差分輸出放大電路的設計、仿真和測試方法， 討論其設計原理及需要解決的問(wèn)題。重點(diǎn)講述差分濾波器的設計和計算， 指出與單端放大電路在設計和測試中的不同之處，并結合實(shí)際工作中的經(jīng)驗，就直流信號和交流信號的測試分別給出了一種簡(jiǎn)易案例。

與普通單端放大器相比， 差分放大器可以有效抑制輸入信號中的共模噪聲和地線(xiàn)電平電壓浮動(dòng)對電路的影響， 因此， 在工業(yè)應用中廣受青睞。差分放大器中以?xún)x表放大器應用最為廣泛。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展， 支持差分輸入的ADC、MCU 越來(lái)越多， 由于差分傳輸能更好地抑制共模干擾， 信號傳輸距離更遠， 越來(lái)越多的場(chǎng)合將使用差分傳輸。但是， 一般的儀表放大器僅支持單端輸出。

因此， 采用雙運放搭建了一種差分輸入差分輸出放大電路。與普通的單端放大電路相比， 差分放大電路在設計、分析、仿真和測試中有許多不同之處， 而這些知識在一般的模擬電路教材中很少介紹。

1 差分放大電路設計

根據被放大信號的不同, 可以將差分放大電路分成兩種。一種是直流耦合差分放大電路， 其輸入端沒(méi)有隔直電容， 可以同時(shí)放大直流和交流信號， 如圖1 所示。另一種是交流耦合差分放大電路，其輸入端有隔直電容，用來(lái)隔離直流分量，放大信號中的交流成分，如圖2 所示。


直流耦合差分放大電路
交流耦合差分放大電路

1.1 直流耦合差分放大電路

直流耦合差分放大電路由差分比例放大電路、差分濾波器、保護器件和補償電阻四部分組成。其輸入-輸出關(guān)系為：


當信號頻率較低時(shí), 電容C1、C2、C3 的容抗很大， 差分放大電路的輸入阻抗很高， 若運放工作在線(xiàn)性放大區， 則根據虛短和虛斷定理， 可得:


將式(3) 、式(4) 代入式(1) 和式(2) ， 可得:


假設A 為差分放大電路的差分放大倍數, 則由式(5) 、式(6) 可得: