差分运放
差分运放电路计算公式
差分运放电路计算公式
差分运放电路是一种常见的电路，它可以在信号放大、滤波、比较等方面发挥重要作用。
要设计和分析差分运放电路，需要掌握一些基本的计算公式。
一、差分放大器电路计算公式
差分放大器是差分运放电路的基本形式，其放大倍数可以通过下列公式计算：
A(diff) = - R(f)/R(i)
其中，A(diff)表示差分放大器的放大倍数，R(f)表示反馈电阻的阻值，R(i)表示输入电阻的阻值。
二、低通滤波器电路计算公式
差分运放电路还可以用于低通滤波器的设计。
低通滤波器的截止频率可以通过下列公式计算：
f(cut) = 1 / (2πRC)
其中，f(cut)表示截止频率，R表示电阻的阻值，C表示电容的容值。
三、比较器电路计算公式
差分运放电路还可以用于比较器的设计。
比较器的阈值电压可以通过下列公式计算：
V(th) = ± V(ref) / (1 + R(f)/R(i))
其中，V(th)表示阈值电压，V(ref)表示参考电压的电压值，R(f)表示反馈电阻的阻值，R(i)表示输入电阻的阻值。
'+'号表示输出高
电平，'-'号表示输出低电平。
以上是差分运放电路的一些基本计算公式，掌握这些公式可以帮助电路设计者更好地设计和分析差分运放电路。
全差分运算放大器设计
全差分运算放大器设计全差分运放（Fully-Differential Amplifier，简称FDA）是一种特殊的运放，它具有两个差动输入和两个差动输出。
全差分运放具有许多优点，包括良好的共模抑制和电源抑制比，适用于高精度传感器信号放大、功率放大和模拟信号处理等领域。
在这篇文章中，我将介绍全差分运放的设计原理和步骤。
首先，我们需要确定设计的要求和规范。
这包括增益要求、带宽要求、电源电压和输入输出电阻等参数。
根据这些要求，我们可以选择合适的运放器件和电路拓扑。
全差分运放的常见电路拓扑有两级差分放大器、共射共源放大器和增益交换放大器等。
在这里，我们以两级差分放大器为例进行设计。
第一步是选择运放器件。
我们需要根据设计要求选择适合的运放器件，可以根据其增益带宽积、供电电压范围和失调电流等参数进行选择。
一般来说，我们可以选择低失调电流、高增益带宽积和低电压噪声的器件。
第二步是确定电路拓扑。
在两级差分放大器中，第一级是差分放大器，第二级是共射共源放大器。
差分放大器的作用是提供高输入阻抗和共模抑制比，共射共源放大器的作用是提供电流放大和驱动能力。
由于这两级放大器要分别满足不同的要求，我们可以选择不同的放大倍数和器件参数来优化电路性能。
第三步是确定偏置电路。
偏置电路的作用是提供恒定的工作电流，这可以通过电流源和电阻网络来实现。
偏置电流的选择要根据运放器件的要求和特点，可以使用恒流源或电流反馈等方法来实现。
第四步是确定反馈电路。
反馈电路的作用是控制放大倍数和增益稳定性，可以使用电阻、电容或者电流源等元件来实现。
选择适当的反馈方式可以减小失调电压和非线性，提高性能。
第五步是进行电路仿真和优化。
通过电路仿真，我们可以验证设计的性能和满足要求。
优化可以通过调整电路参数和进行迭代仿真来实现，以达到设计要求。
第六步是进行电路布局和线路板设计。
在设计布局时，要注意分离放大器电路和干扰源，减少电源和信号线的串扰。
线路板设计要保证差分信号走线的对称性和阻抗匹配，以提高传输性能。
差分运放总结
通常有两种方法产生/利用（manipulate）差分信号：1.电子线路方式（electronic）:成本低，体积和重量小，在低频和直流时频率响应好2.变压器方式：有很好的共模抑制比（CMRR），电流隔离，无功率损耗，有很好的抗恶劣EMC性。
差分运放的共模输出电压：差分运放输出的共模电压与输入无关，而由输入引脚V cm电压决定。
当V cm 引脚悬空时，差分运放输出的共模电压由其自身的结构决定，应用时应参考其数据手册。
图1 差分运放原理简图如上图所示，差分运放内部有一个V cm error amplifier(V cm偏差放大器)。
它通过不断比较输出共模电压和V cm端的电压并调整内部的反馈回路来保证共模输出电压跟随V cm。
差分运放的优点：1.抗噪声能力增强。
在差分系统中，保证差分传输线尽可能的靠近，可以使线路耦合的噪声表现为共模电压。
同时电源部分引入的噪声也以共模电压的形式体现。
而差分运放具有很好的CMRR，对共模电压有很好的抑制作用，所以差分运放有更好的抗噪声能力。
2.动态范围增大一倍。
由于两个差分输出在相位上的改变，其输出的动态范围与单端输出相比增加一倍。
3.消除偶次谐波差分运放的输入输出相位变化：图2 差分运放典型应用电路差分运放两条反馈通路必须保持平衡。
两条反馈通道构成了对称的反相器。
其输入与输出的相位关系如下：图3 正弦正端输入波形图图4 正弦信号负端输入波形图差分运放输入电阻的计算图5 差分运放单端输入时输入电阻由上图，差分运放单端输入时的输入电阻计算公式为：()12G IN F G F R R R R R =-⨯+差分运放的几个电路图6 差分运放基本电路由上图，有下列定义：输入定义:V ID =V IN+−V IN− V IC =(V IN++V IN−)/2输出定义：V OD =V OUT+−V OUT− V OC =V OUT++V OUT−2=V OCM β的定义：β1=R 3R 3+R 4 β2=R 1R 1+R 2则由上述定义，有：V OD =2[V IN+(1−β1)−V IN−(1−β2)]+2V OCM (β1−β2)β1+β2 由上式可以看出，如果两反馈通道平衡，即有R 1=R 3，R 2=R 4。
单端转差分运放
单端转差分运放单端转差分运放是一种非常常用的电路元件，在各种电子设备中都有广泛的应用。
它的作用是将单端输入信号转换成差分输出信号，具有放大倍数高、输入阻抗大、共模抑制能力强等特点。
接下来，我们将从原理、结构和使用中的注意事项等方面全面介绍单端转差分运放。
首先，我们来简单了解一下单端转差分运放的工作原理。
单端转差分运放是通过将输入信号分别与虚拟地（通常为电源的一半电压）和实地相连，利用差动输入的方式实现的。
当输入信号与虚拟地相比较时，虚拟地上不存在信号，从而达到了将单端输入信号转换成差分输出信号的目的。
接下来，我们来看一下单端转差分运放的结构。
它一般由差分放大器、差分对和输出级组成。
差分放大器是单端转差分运放的核心部分，它负责将输入信号转换成差分信号，具有高增益和高共模抑制比的特点。
差分对主要由两个晶体管和一个电流源构成，起到了控制输入信号的作用。
而输出级则负责将差分信号转换成单端输出信号。
在使用单端转差分运放时，我们需要注意以下几点。
首先，要选择合适的电源电压，使得差分输入电压范围不超过运放的工作电压范围。
其次，要注意防止共模干扰，即对共模信号进行抑制，避免干扰信号对输出信号的影响。
此外，还要注意单端输入信号的幅度和频率范围是否适合运放的工作范围，并使用合适的滤波电路进行滤波处理。
总的来说，单端转差分运放是一种非常实用的电路元件。
无论是在音频设备、通信设备还是测试仪器中，都有广泛的应用。
通过了解其工作原理、结构和使用注意事项，我们可以更好地理解和应用单端转差分运放，为我们的电子设计和电路搭建提供有力支持。
希望本文能够对读者有所帮助。
运放单端转差分电路
运放单端转差分电路摘要：一、运放单端转差分电路的概念二、运放单端转差分电路的工作原理1.基本构成2.电压传输特性三、运放单端转差分电路的应用1.电压放大2.信号处理四、运放单端转差分电路的优缺点五、总结正文：运放单端转差分电路是一种电子电路，它利用运算放大器将单端输入信号转换为差分输出信号。
这种电路广泛应用于各种电子设备和系统中，如音频放大器、通信接收机等。
接下来，我们将详细介绍运放单端转差分电路的概念、工作原理、应用、优缺点。
一、运放单端转差分电路的概念运放单端转差分电路，又称为单端输入差分输出电路，是一种利用运算放大器实现单端输入信号转换为差分输出信号的电路。
差分信号是指两个信号之间的差值，它具有良好的抗干扰性能和较高的传输精度。
通过使用运放单端转差分电路，可以实现对单端输入信号的放大、处理和转换。
二、运放单端转差分电路的工作原理运放单端转差分电路主要由运算放大器、输入电阻、反馈电阻等组成。
其工作原理如下：1.基本构成运放单端转差分电路主要包括两个输入端、两个输出端和一个反馈端。
其中，非反相输入端（NON-INVERTING INPUT，简称N.I.）连接输入信号，反相输入端（INVERTING INPUT，简称I.I.）连接输入信号的相反极性。
输出端分为差分输出端（DIFFERENTIAL OUTPUT，简称D.O.）和单端输出端（SINGLE-ENDED OUTPUT，简称S.E.O.）。
反馈端连接到运算放大器的输出端，以形成负反馈回路。
2.电压传输特性运放单端转差分电路的电压传输特性是指运算放大器在差分输出端产生的电压与输入信号之间的数学关系。
根据运算放大器的开环增益和反馈电阻的值，可以计算出差分输出端的电压。
通常情况下，差分输出端的电压是输入信号的放大倍数，即：Vout = A * (Vn - Vi)其中，Vout 表示差分输出端的电压，Vn 表示非反相输入端的电压，Vi 表示反相输入端的电压，A 表示运算放大器的开环增益。
差分运放前、后级电平偏置电路理解和运用
差分运放前、后级电平偏置电路理解和运用差分运放（Differential Amplifier）是一种常用的电路元件，它能够将输入的两个信号进行放大和差分运算，输出的电压与输入信号的差值成正比。
在实际应用中，我们往往需要使用前、后级电平偏置电路来对差分运放进行电压的偏置和稳定，以确保差分运放的正常工作和准确输出。
一、差分运放的原理和基本电路结构差分运放通常由一个差模放大器和两个共模放大器组成。
差模放大器主要负责放大和差分运算，共模放大器则负责对输入信号的共模（也就是两个输入信号的平均值）进行放大。
两者共同组成了一个完整的差分运放电路。
差模放大器的基本电路结构由一个差分对和一个单端放大器组成。
差分对是由两个晶体管组成的，其中一个作为输入端，另一个作为负载。
这样的设计可以使得差分对在工作时能够对输入信号进行放大和差分处理。
而单端放大器则负责将差分对输出的信号进行增益放大和滤波。
二、差分运放前级电平偏置电路的作用和实现差分运放前级电平偏置电路的主要作用是对输入信号进行直流偏置，以确保差分运放正常工作在其非饱和区。
由于差分运放是一种高增益的电路，当输入信号的幅值较大时，容易出现过饱和现象，从而导致输出波形失真。
因此，通过对输入信号进行直流偏置，可以使得输入信号始终处于差分运放的线性范围内，从而避免失真。
差分运放前级电平偏置电路通常由两个电阻和一个电容组成，其中电阻用于形成电流源，电容则用于对输入信号进行高频滤波。
电阻的选择应根据具体应用的需求和差分运放的输入电流范围进行。
三、差分运放后级电平偏置电路的作用和实现差分运放后级电平偏置电路的主要作用是对输出信号进行直流偏置，以使得输出信号能够与输入信号之间保持一定的直流电平差。
这样可以方便后续电路对输出信号进行处理和判断，同时也可以避免输出信号偏离目标电平导致的测量误差。
差分运放后级电平偏置电路通常由两个电阻和一个电容组成，其中电阻用于形成电流源，电容则用于对输入信号进行高频滤波。
全差分运放电路的设计
全差分运放电路的设计全差分运放电路是一种常用的放大电路，它可以在信号采集和信号处理中起到很大的作用。
全差分运放电路通过将信号输入分为两个互为相反的信号，从而抵消共模干扰，提高系统的抗干扰能力，实现高质量的信号放大。
本文将会详细介绍全差分运放电路的设计方法和注意事项。
首先，全差分运放电路由运放、电阻和电容器组成。
一般情况下，有两种常见的全差分运放器设计：非反馈输出型和反馈输出型。
对于非反馈输出型的全差分运放电路，其输出电压与输入电压成正比。
这种设计方式适用于需要稳定增益的应用，如压力传感器、光传感器等。
而反馈输出型的全差分运放器则通过反馈网络来调整增益，适用于需要可调增益的应用，如音频放大器、滤波器等。
在设计全差分运放电路时，需要考虑以下几个关键因素：1.输入电阻和输入电容：全差分运放电路的输入电阻应尽可能大，以减小输入电流，避免对信号源的干扰。
同时，输入电容也应尽可能小，以提高信号的快速响应。
2.带宽：全差分运放电路的带宽需要根据实际应用需求进行选择。
一般情况下，带宽越大，电路越容易产生共模干扰。
因此，需要根据具体应用需求来平衡带宽和抗干扰能力。
3.输出电阻：全差分运放电路的输出电阻应尽可能小，以实现较高的加载能力和输出电压稳定性。
4.功耗：全差分运放电路的功耗应尽可能小，以提高系统的能效和延长电池寿命。
设计全差分运放电路时，可以按照以下步骤进行：1.确定应用需求：首先需要明确电路的功能和应用场景，包括所需的增益、带宽和动态范围等。
2.选择运放器：根据应用需求选择合适的全差分运放器，考虑增益范围、带宽、功耗和价格等因素。
3.选择电阻和电容器：根据所选的运放器的输入和输出特性，选择合适的电阻和电容器，以满足输入和输出阻抗的要求。
4.建立电路模型：根据电路需求和所选元件的特性，建立电路模型进行电路仿真，并进行参数优化。
5.PCB设计：根据电路模型进行PCB设计，注意信号、电源和地的布线问题，尽量减少共模干扰。
运放差分放大电路
运放差分放大电路运放差分放大电路介绍1.什么是运放差分放大电路运放差分放大电路是一种使用两个晶体管和外加电路来执行差分放大的电路。
运放差分放大电路的出现使得信号的动态范围和质量得以改善，可以明显改善噪声比，提高放大器的灵敏度和频率响应能力，减少强过载时的失真，抑制再补偿机制和负反馈机制，实现低噪声放大技术。
2.运放差分放大电路的作用运放差分放大电路可用来实现信号的采样、放大、转换和过滤，将电路设计进一步复杂化，从而实现丰富的功能。
它可以实现精确的放大和调制，以及剔除轨迹偏移、噪声、抗干扰能力，改善信号的稳定性和可靠性，从而实现高音质，低噪声的效果。
3.运放差分放大电路的组成运放差分放大电路由输入运放、负反馈电路、多种滤波电路、前置放大电路等多种电路构成，主要完成将输入信号放大并稳定输出的功能。
4.运放差分放大电路的优点(1)放大器的灵敏度高，频率的响应能力强，可以很好的回收信号的动态范围；(2)噪声比明显改善，失真小，以及负反馈机制的抑制；(3)可以减少偏移，改善信号的稳定性和可靠性；(4)最重要的是其组件是经济而便利的，具有可靠性和低故障率等优点。
5.运放差分放大电路的应用运放差分放大电路在很多领域中得到了广泛的应用，其主要应用领域包括有：(1)广播和视频业：差分放大电路可以改善广播和视频质量，使发射电视信号更加稳定；(2)通信领域：差分放大电路可以提高传输和解调信号的稳定性，质量和频率响应能力；(3)电脑和消费电子领域：可以有效的抑制信号失真，并提供较低的噪声比，有效的抑制和抵消偶发的轨迹偏移；(4)汽车电子领域：汽车的仪表、计算机系统等均采用了差分放大电路，可以有效的抑制噪声、跳变和瞬时干扰；(5)测量仪器：差分放大电路在各种测量仪器中得到了广泛应用，能有效的改善信号质量，提高测量仪器的可靠性。
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差分接法:差分放大电路（图3.8a.4）的输入信号是从集成运放的反相和同相输入端引入，如果反馈电阻RF等于输入端电阻R1 ，输出电压为同相输入电压减反相输入电压，这种电路也称作减法电路。
图3.8a.4 差分放大电路
差分放大器
如图所示，通过采用两个输入，该差分放大器产生的输出等于U1和U2之差乘以增益系数
运算放大器的单电源供电方法
梦兰
大部分运算放大器要求双电源(正负电源)供电，只有少部分运算放大器可以在单电源供电状态下工作，如LM358(双运放)、LM324(四运放)、CA3140(单运放)等。
需要说明的是，单电源供电的运算放大器不仅可以在单电源条件下工作，也可在双电源供电状态下工作。
例如，LM324可以在、+5～+12V单电源供电状态下工作，也可以在+5～±12V双电源供电状态下工作。
在一些交流信号放大电路中，也可以采用电源偏置电路，将静态直流输出电压降为电源电压的一半，采用单电源工作，但输入和输出信号都需要加交流耦合电容，利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示，其运放输出波形如图1(b)所示。
该电路的增益Avf＝－RF／R1。
R2＝R3时，静态直流电压Vo(DC)＝1／2Vcc。
耦合电容Cl和C2的值由所需的低频响应和电路的输入阻抗(对于C1)或负载(对于C2)来确定。
Cl及C2可由下式来确定：C1＝1000／2πfoRl(μF)；C2＝1000／2πfoRL(μF)，式中，fo是所要求最低输入频率。
若R1、RL单位用kΩ，fO用Hz，则求得的C1、C2单位为μF。
一般来说，R2＝R3≈2RF。
图2是一种单电源加法运算放大器。
该电路输出电压Vo＝一RF(V1／Rl十V2／R2十V3／R3)，若R1＝R2＝R3＝RF，则Vo＝一(V1十V2十V3)。
需要说明的是,采用单电源供电是要付出一定代价的。
它是个甲类放大器，在无信号输入时，损耗较大。
思考题(1)图3是一种增益为10、输入阻抗为10kΩ、低频响应近似为30Hz、驱动负载为1kΩ的单电源反相放大器电路。
该电路的不失真输入电压的峰—峰值是多少呢?(提示：一般运算放大器的典型输入、输出特性如图4所示)；(2)图5是单电源差分放大器。
若输入电压为50Hz交流电压，V1＝1V，V2＝O．4V，它的输出电压该是多少呢？
LM358是一个双运放集成电路，运放是一个开环放大倍数极大的放大器，两个输入端“＋”、“－”之间只要有微小的电压差异，就会使输出端截止或者饱和。
而输入端的输入电阻非常大，可以认为不需要输出电流。
如果按照图示将运放接成闭环电路，则运放的放大倍数等于（Rf+R2)/R2.
因为可以理解运放的“－”端的电压永远等于“＋”端的，而“＋”端的电压等于Vi（R1上无电流，也就无压降），而“—”端的电压又等于Vo在Rf和R2上的分压，
所以有：
Vi＝V0×R2/(Rf+R2)，即：
Vo＝Vi×(Rf+R2)/R2.
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，
适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工
作条件下，电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益
模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
特性(Features)：
＊内部频率补偿。
＊直流电压增益高(约100dB) 。
＊单位增益频带宽(约1MHz) 。
＊电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V) 。
＊低功耗电流，适合于电池供电。
＊低输入偏流。
＊低输入失调电压和失调电流。
＊共模输入电压范围宽，包括接地。
＊差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。
＊输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 。
参数输入偏置电流45 nA输入失调电流50 nA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值V CC~1.5 V共模抑制比80dB电源抑制比100dB
根据虚短：V+=V_
根据虚断：(V_ - V1)/R1=(Vout – V_)/R2
从而得到：(V+ - V1)/R1= (Vout – V+)/R2
而V+ =V2*{R4/(R3+R4)}将此式带入上式即可得到：则：Vout={(R1+R2)/(R3+R4) * R4/R2}V2 – R2/R1 V1 对于R1=R3 R2=R4
V out=V2 – R2/R1*V1
可见，上图的结果是有错误的。
而下图的结果是对的：
Vout=Ui1-5Ui2。