运放输出电压为什么要偏移？差分电路原理解析-道合顺大数据infinigo

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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
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。
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。
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。
5 g. @0 ?( K; ~RC滤波：可以酌情调节，目的是防止输出过冲等信号失真问题
/ X+ `. U1 H, _8 H/ `6 [2 J差分输入电压的计算
图4电路，为了便于计算，我们给定每个阻值。
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？
; `1 b5 F3 ]$ e1 p- _. U我们先通过繁琐的计算来得到，然后再简化计算。
' h3 }' @. a) X8 r4 j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：

那么通过分压关系得到Vin+：

1 q$ H2 Q( k% g+ D# d  U再次通过分压关系得到Vin-：

& w  w1 G8 y2 g4 `: s5 _/ U4 }那么就得到Vin+减Vin-的值。
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：
图5
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：
; |; }  }- w! d/ ~/ Y3 ]
得到差分电压输入值是0.84V。差分放大电路的计算
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：
3 y0 Z7 ?* P1 ?9 ^1 g: l
, N* P1 n6 e0 U" L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。
放大电路的"偏移计算"
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。
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？
图8
% d" q( J8 F5 ~4 S/ K通过叠加定理最终得到：
5 i% Y' M5 l, i) Q, H1 }' {) Z: {
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：

; q; U0 i) V) _7 Y5 ]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。
图9
比如，图9电路，输入电压变为-100V，那么最终输出电压就为：

/ p# o2 R7 E% `" w, K6 b% @( `: ^' S4 {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

Crash

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