TA的每日心情 | 开心
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差分运算放大电路，对共模信号得到有效抑制，而只对差分信号进行放大，因而得到广泛的用。差分电路的电路构型* b1 H9 y( \7 Q5 f' ]
图1 差分电路目标处理电压：是采集处理电压，比如在系统中像母线电压的采集处理，还有像交流电压的采集处理等。差分同相/反相分压电阻：为了得到适合运放处理的电压，需要将高压信号进行分压处理，如图1中V1与V2两端的电压经过分压处理，最终得到适合运放处理的电压Vin+与Vin-。差分放大电路：反馈，对于运算放大电路来说，运放工作在线性区，所以这里一定是负反馈，没有反馈（开环）或者是正反馈，那是比较器电路而不是放大电路，这时候运放工作在饱和区或称为非线性工作区，正因为饱和，输出才是电源电压的幅值。( _/ u5 A k9 V- Q& k+ u
图2是一种带正反馈的运放电路，这里就不能叫运算放大电路了，因为运放的开环放大倍数理想是无限大，当然实际中不可能无限大，所以如下结构是迟滞电压比较器，运放工作在非线性区或饱和区。
图2图3，依然是电压比较器结构，上面已经提到，运放开环增益很大，不带负反馈，工作就如非线性区，当做电压比较器来使用。
图3运算放大器，反馈电阻从输出接到反相端"-"就是负反馈，当然在输出信号不超过电源电压时（注：一切信号的能量来源是电源，输出当然不可能超过电源幅值），实现的功能就是放大信号的功能；接到同相端"+"就是正反馈，电路功能是电压比较器。当然在实际当中我们并不提倡用运放去做电压比较器，而是选用专用的比较器，如LM339、LM393、LM211等，因为比较器和运放在实际当中内部器件的工作状态还是有区别的。2 K1 k5 }' R1 A( ^
比较器接了限流电阻—"R74、R77"，这是因为比较器在幅值切换时，快速上升或下降沿对后级容性负载进行充放电，这个充放电电流确来自这个有源器件—比较器，因此加限流电阻目的是防止电流冲击。
; T" t7 b" T3 S7 |' \5 qRC滤波：可以酌情调节，目的是防止输出过冲等信号失真问题& G% _) e! K2 d: `6 A1 ?9 G
差分输入电压的计算
: N8 l/ G$ P& H. R图4电路，为了便于计算，我们给定每个阻值。
$ G* g6 T! S/ `: _5 u差分电路的另一个特点是对称性，R40=R56及R47=R55，差分分压两个支路电阻也是相等的。
图4Vin+和Vin-的值是如何计算的？3 v& p6 }4 A' @+ `3 {( W
我们先通过繁琐的计算来得到，然后再简化计算。: ?, X9 H3 g: l- w2 u. y' t" o
首先，运放的同相端5引脚和反相端6引脚，利用"虚短"得到，其中系数6是指6个100k的电阻，方便简化式子：
3 T- {% {, g) R. U: \; ]
. s, q' y" J1 N- n那么通过分压关系得到Vin+：2 c. P5 p8 E6 s2 k* H3 r3 Z
1 d& |4 I2 i1 V" M U再次通过分压关系得到Vin-：# m( k, j" u9 |
, o2 G7 h* Q1 h. x' G$ E那么就得到Vin+减Vin-的值。
$ F% ]. g" N5 d! p+ C其实还有一种简单方法得到Vin+减Vin-的值，利用运放的虚短特点，可将电路等效为：
2 e& l+ n. v: i0 M
图5
! R$ P$ U2 ?. Q- a& o1 T
图6所以要计算Vin+减Vin-的值，变得很容易，只是一个简单的分压电路而已，如下计算得到：: [3 K% Q& k! K* \: k
0 h8 _0 u7 {/ _+ j9 H8 |
得到差分电压输入值是0.84V。差分放大电路的计算
( v7 d! E4 [6 B. [* V3 g
图7计算公式推导，依旧遵循运放的虚短和虚断特性，当R56=R40，R47=R55时，差分计算可以简化为：
9 l( r6 k4 Z1 s' t/ Y
6 ]8 C" O( Y1 V2 S% N9 k' b' C
实际应用电路中，我们为了简化计算，也是用最简方法计算，经常使用的电路也是上述电路，令电阻相等关系，简化计算。& n4 w) N4 k- Y2 }
放大电路的"偏移计算"
, V1 }1 @" C- O8 D$ I为什么要对输出电压进行偏移？这是因为如当采集负值时，我们的采样芯片和mcu几乎都不支持负值采样的时候，你就必须进行偏移，使得输出总是为正值。/ \$ `2 {" x' C" O5 d/ b
偏移电路，如图8，在原来同相端电阻接地GND的地方，我们接一个电压值，通常也称为偏移电压。那么最终表达式是什么？* s, {! Z* j# y4 z
图8, o2 |2 D8 U& _! T8 z6 p5 f, g& L, w
通过叠加定理最终得到：
8 b- }8 a, A$ V1 e# q6 x) C
, X% {2 v+ M* o. ^1 e% T: ~4 N
这里公式的成立，保证R64=R72，R73=R57，那么最终得到偏移公式是在原来基础上加个电压偏移量2.5V_Ref：1 o! u* I& C' b/ M+ Q' ?$ p: C
: M p) K! S+ ]7 D8 @/ R4 E1 f+ w; ]只要根据实际应用选择合适的偏移量，输出总会为一个正值。
6 ^+ b. X! d9 x. ?& [
图9
( o. D- E% ~9 C比如，图9电路，输入电压变为-100V，那么最终输出电压就为：
, F0 b: @( r I! S1 n& K
8 H7 T o" V! G i' ~* B5 i0 B
这样就将负电压偏移为正电压，处理器符合处理器处理要求了，偏移电路在采集如交流电、以及存在负直流电压的控制电路中广泛使用。找国产替代芯片，查参数，下载datasheet，元器件购买，上道合顺大数据
# n: @* V5 n( Z+ }5 @
5 _$ S) a6 d7 @2 Z5 [* U, n: o8 I( `) C5 E4 { Q# a$ m; B7 U
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发表于 2022-8-11 16:30
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