差分放大器解决方案
三极管差分放大电路
三极管差分放大电路差分放大器是一种变换器，它可以将输入信号的差分模式放大到电路输出端的差分模式。
它的主要应用包括模拟信号处理，信号转换，线性放大等领域。
三极管差分放大电路是一种常见的差分放大电路，它采用了三极管作为放大元件。
本文将介绍三极管差分放大电路的器件原理，工作原理，以及其在实际电路应用中的优缺点。
三极管是一种常见的半导体元件，它有三个引脚：发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。
当基极上有电压时，三极管就可以工作了。
三极管的工作原理是：当基极与发射极之间的电压大于某个阈值电压时（一般是0.7V），三极管就开始导电，此时电流从发射极流入，流到集电极，形成一个正向放大器件。
与此同时，当基极与发射极之间的电压小于零时，三极管就停止导电，此时电流不流过这个三极管，形成一个关闭状态。
三极管的差分放大器基本原理是建立在对三极管阻容负反馈的基础之上的。
三极管差分放大电路由两个普通的晶体管组成，分别被分配作为信号输入和反馈放大器。
该电路将这两个晶体管作为差分对极，使它们以相似的方式工作。
通过根据输入差分信号的放大程度对输出信号的控制来实现放大，反馈使放大器电路更稳定，减少了噪音和失真。
三极管差分放大电路可以看做是两个普通的晶体管共同构成的放大器，每个晶体管都可以看做是单独的放大器。
两个晶体管的输出信号合并在一个负载电阻上，得到的输出电压是对输入信号的放大倍数。
当信号为差分信号时，两个晶体管将被分配为正反向放大器。
也就是说，一个晶体管将被做为正向放大器，而另一个晶体管将被做为反向放大器。
差分信号将被应用于这两个晶体管的基极端，而反馈信号将被应用于晶体管的集电端。
差分模式放大电路的输出电压为：Vout= Vd * Ad其中，Vd是输入信号的差分模式电压值，Ad是差分放大电路的差分模式放大倍数。
差分放大电路的放大倍数主要取决于其输入电路和管子的参数，以及反馈电路的参数。
可以采取一些实现方案来改变差分放大电路的增益倍数。
差分放大器AD813x常见问题解答
差分放大器AD813x常见问题解答问题：如何计算差分放大器电路的增益，如何分析差分放大器电路？答案：如图所示，差分放大电路分析的基本原则与普通运算放大器中虚断虚短原则相同，同时还具有其特有的分析原则：差分放大器电路分析图1．同向反向输入端的电流为零，即虚断原则。
2．同向反相输入端的电压相同，即虚短原则。
3．输出的差分信号幅度相同，相位相差180度，以Vocm共模电压为中心对称。
4．依照上述三个原则，差分信号的增益为Gain＝R F/R G。
问题：为什么电路的输出不正确？答案：对于差分放大器的应用来讲，要得到正确的输出，必须要注意以下几点：1．输出信号的摆幅必须在数据手册指定的范围内。
以AD8137为例，在单电源5V的情况下，V out-与V out+都必须在450mV～4.55V之内（见下表）2．输入端信号的范围必须在数据手册指定的范围之内。
以AD8137为例，在单电源5V的情况下，+IN与-IN的电压必须在1～4V之内。
（见下表）数据手册单电源5V供电的芯片指标在你的电路中，一定要先进行分析计算，检查输出端电压和输入端共模信号的范围是否在数据手册指定范围之内（请注意电源电压的条件）。
对于单电源供电的情况，更容易出现问题。
下面我们以AD8137举例说明怎样判断电路是否能够正常工作？AD8137双电源供电放大电路如图，这是AD8137在+/-5V电源供电情况下的一个放大电路。
输入是一个8Vpp的信号。
按照虚短、虚断的原则，根据2.1的分析，差分信号增益是1，即，差分输出每一端的摆幅都是+/-2V，但相位相差180度。
由于Vocm加入了2.5V的共模电压，因此得到Voutp和Voutn的电压为2.5V+/-2.0 V和2.5V-/+2.0V，即0.5V～4.5V的范围内。
这个信号范围符合数据手册+/-5V电源供电情况下的指标（－4.55V~+4.55V）。
然后我们计算输入端的共模电压，按照虚短、虚断的原则，Vinn的电压是Voutp在两个1K ohm电阻上面的中点分压，即得到如图红色所示的共模电压为Vinn=1.25V+/-1.0V，即0.25V~2.25V，这也符合+/-5V供电下数据手册对输入共模电压的要求（－4V～＋4V）。
实验中利用差分放大器减小噪音的技巧
实验中利用差分放大器减小噪音的技巧噪音是实验中常常遇到的干扰源，特别是在低信号水平和高灵敏度的场景中，噪音的影响更为明显。
因此，为了提高实验的准确性和可靠性，减小噪音是一项重要的技术任务。
差分放大器是一种常用的电路，它具有良好的抗干扰能力和放大性能，因此在实验中利用差分放大器减小噪音的技巧十分实用。
差分放大器的基本原理是通过将输入信号分成两个相互互补的信号，即正向输入和反向输入，并将其放大后取差值输出。
这种差分结构的好处是可以消除共模噪音，同时放大差模信号，从而实现信号的放大和噪音的降低。
下面将介绍几种在实验中利用差分放大器减小噪音的技巧。
首先是在差分放大器的设计中，合理选择差模放大倍数。
差模放大倍数是指输入信号差模增益与输出差模幅度之比。
一般来说，差模放大倍数越大，差分放大器对共模噪音的抑制能力越强，因此能够降低噪音。
但是，在实际应用中，过大的差模放大倍数也可能引入其他问题，如幅度偏移、非线性失真等。
因此，需要综合考虑系统要求和差模放大倍数的选择。
其次是合理选择差分放大器的工作模式。
根据输入信号的性质和实验要求，差分放大器可以以单端模式或差模模式工作。
单端模式只考虑正向输入信号的放大和噪音抑制，适用于单端输入的实验；而差模模式同时考虑正向和反向输入信号的放大和噪音抑制，适用于双端输入的实验。
根据实验需求选择合适的工作模式，有助于减小噪音。
此外，良好的电路布局和接地是减小噪音的重要技巧。
在设计实验电路时应避免干扰源与放大器之间的电磁耦合，可以采用屏蔽、隔离和布线规范等方法，减少噪音的干扰。
另外，在差分放大器电路中，要保证良好的接地，避免接地回路上的回流和环路干扰，以减小噪音。
最后是合理选择差分放大器的器件和参数。
不同的差分放大器器件具有不同的性能指标，选择合适的器件有助于减小噪音。
同时，差分放大器的一些关键参数，如增益带宽积、输入偏移电压、输入偏置电流等，也会影响噪音的大小。
在实验中应根据具体情况进行选择和优化，以达到最佳的减噪效果。
全差分放大器共模增益
全差分放大器共模增益一、全差分放大器的工作原理全差分放大器（Fully Differential Amplifier）是一种特殊类型的放大器，它采用两个对称的放大电路，分别对差分信号的两个正负分量进行放大。
差分信号是指大小相等、相位相反的信号。
全差分放大器能够有效地放大差分信号，并且具有良好的抑制共模干扰的能力。
在全差分放大器中，两个对称的放大电路通常采用镜像对称的方式排列，以便实现电路参数的一致性。
输入信号被差分方式输入到两个对称的输入端，经过放大后，在输出端将差分信号合成输出。
由于全差分放大器的对称性，其两个输出端的电压变化幅度相同，但方向相反，从而实现对差分信号的放大。
二、共模增益的特性共模增益是指放大器对共模信号的放大能力。
在全差分放大器中，由于两个对称的放大电路的参数一致性，其对共模信号的放大能力是相同的。
因此，全差分放大器的共模增益特性是其两个输出端的电压变化幅度与输入端的共模信号变化幅度的比例关系。
共模增益的大小取决于全差分放大器的电路参数和偏置条件。
当全差分放大器的电路参数和偏置条件发生变化时，其共模增益也会发生变化。
此外，共模增益的大小还会受到电源电压、环境温度等因素的影响。
三、影响共模增益的因素影响全差分放大器共模增益的因素有很多，主要包括以下几个方面：1.电路参数：全差分放大器的电路参数对其共模增益有直接影响。
例如，输入电阻、输出电阻、跨导、反馈系数等参数的变化都会导致共模增益的变化。
2.偏置条件：全差分放大器的偏置条件也会影响其共模增益。
例如，偏置电流的大小、偏置电压的高低等都会对共模增益产生影响。
3.电源电压和环境温度：电源电压和环境温度的变化也会对全差分放大器的共模增益产生影响。
这是因为电源电压和环境温度的变化会导致电路参数和偏置条件发生变化，从而影响共模增益。
4.输入信号：输入信号的大小和类型也会对全差分放大器的共模增益产生影响。
特别是当输入信号为共模信号时，其对共模增益的影响更加显著。
差分放大器的失调
差分放大器的失调
差分放大器的失调是放大器的一种常见故障，可能会对系统的性能造成严重影响，其失调可能会导致大量多余的噪声和功率损失，从而减弱放大器的输出性能，影响器件的正常工作。
差分放大器的失调有多种原因，其中最常见的原因是引脚不匹配，即当输入放大器的两个分立的输入不适当的时候，可能会出现失调的情况。
此外，放大器的负载可能会使输出信号不稳定，导致失调，而负载阻抗和负载变化也可能导致失调。
另外，如果差分放大器的偏置电路不当或者放大器散热不足，也会导致失调，这可以通过改善热管理系统、优化偏置电路设计以及适当补偿等方式来改善。
总之，针对差分放大器的失调，主要原因集中在失去输入平衡、负载阻抗失衡、放大器偏置电路改变以及放大器散热不足等，因此，我们应该注重对这些因素的控制，以避免放大器的实有失调的情况出现，从而保证放大器的输出性能。
差分放大电路
03 差分放大电路的分类
电压反馈型差分放大电路
电压反馈型差分放大电路通过电 压负反馈来减小输出电压的幅度，
从而减小了电路的增益。
电压反馈型差分放大电路通常具 有较低的输入阻抗和较高的输出 阻抗，适用于电流驱动能力较弱
的电路。
电压反馈型差分放大电路的优点 是稳定性好，噪声低，适用于信
号源内阻较高的应用场景。
电流反馈型差分放大电路
1
电流反馈型差分放大电路通过电流负反馈来减小 输出电流的幅度，从而减小了电路的增益。
2
电流反馈型差分放大电路通常具有较高的输入阻 抗和较低的输出阻抗，适用于电流驱动能力较强 的电路。
3
电流反馈型差分放大电路的优点是带宽较宽，响 应速度较快，适用于信号源内阻较低的应用场景。
缓冲和驱动
差分放大电路可以作为缓冲器和 驱动器，用于驱动后级电路或传 输线路，提高信号的驱动能力和 传输稳定性。
比较器
差分放大电路可以作为比较器， 用于比较两个电压或电流的大小 关系，常用于触发器、寄存器等 数字逻辑电路中。
在传感器信号处理中的应用
温度传感器信号处理
差分放大电路可以用于放大温度传感器的输 出信号，将微弱的温度变化转换为电信号， 便于后续处理和测量。
差分放大电路的特点
高增益
抑制共模干扰
差分放大电路具有很高的增益，通常在 100dB以上，因此能够将微弱的差分信号 放大到足够大的幅度。
由于差分放大电路只对两个输入信号的差 值进行放大，因此它能够有效地抑制共模 干扰，提高信号的信噪比。
宽频带
运算放大器差分放大电路
运算放大器差分放大电路
运算放大器差分放大电路指的是使用运算放大器（Op Amp）实现差分放大的电路。
在差分放大器中，信号会在输入级别被放大，但在输出之前会进行相位反转，因此所得到的输出值是输入信号的差值，即其中一个输入信号与另一个输入信号的差值。
差分放大器通常用于取样、保持进行差分放大的信号，以便对其进行进一步的处理。
在很多应用中，差分放大器用于测量两个不同信号之间的差异，比如测量温度差异或测量声音强度差异。
差分放大电路的一般设计如下：
其中，VSIN1和VSIN2是分别连接到差分放大器的两个输入端的信号源，R1、R2、R3和R4是用于实现放大增益的电阻，VOUT是差分放大器的输出，RL是用于连接到输出端的负载电阻。
在差分放大器电路中，R1和R2连接到运算放大器的反馈回路，使得输出与反馈端起到持平作用，因此差分放大器的输出与差异信号的放大比率为：
$$\frac{R2}{R1}*\frac{R4}{R3}$$。
当输入信号VSIN1和VSIN2之间没有差异时，输出电压为零。
如果有一个信号比另一个信号高，则会在输出电压端产生一个差异值。
差分放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此它可以将两个信号源之间的电压差放大到较高的电平，从而提高系统的信噪比（SNR）。
由于其高精度和低噪声等优点，差分放大器常用于测量、控制、信号处理以及医疗和科学领域的应用中。
长尾式差分放大器原理及电路分析(1B)
发现一个矛盾:要提高共模抑制比,RE越大越好,但RE太大,直流工作点
下降太多,靠近管子截止区,rbe增大,差模增益也会减小. 解决方案为:用恒流源电路代替电阻RE.
UCC
RC
RC
Ui1
UO1
＋UO－
3.共模抑制比----KCMR
共模抑制比定义:
结论:◆电路对称度越好,共模抑制比越高 ◆共模负反馈电阻RE越大,共模抑制比越高
“长尾式”差分放大器原理及电路分析
[例2] 单端输入“长尾式”差分放大器
[解] 与双端输入比较:
(1)直流工作点不变,与信号输入方式无关.
(2)总差模输入电压uid=ui1-ui2=ui 一对差模输入电压uid1= - uid2 =(ui1-ui2)/2=ui/2 一对共模输入电压uic1=uic2 =(ui1+ui2)/2=ui/2
用恒流源电路代替电阻re既保证了所需的工作点对差模增益不影响但由于恒流源内阻很大因而大大提高了单端及双端输出的共模抑制比kcmr
“长尾式”差分放大器的 原理及电路分析(1B)
您清楚吗?
<<西电丝路云课堂>>
孙肖子
3.共模放大倍数(共模增益)
△IE1
△IE2
结论:RE仅对共模信号分量起负反馈作用, RE越大,对共模信号的抑制能力越强 电路越对称,对共模信号的抑制能力也越强
谢谢收看和听讲, 欢迎下次再相见!
<<西电丝路云课堂>>
UO2
V1
V2
Ui2
I RE
-UEE
RC
RC UCC
Ui1
- Uo1 ＋ Uo
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差分放大器解决方案
差分放大器是能把两个输入电压的差值加以放大的电路。
能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。
这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。
它可以是平衡(术语"平衡"意味着差分)输入和输出，也可以是单端(非平衡)输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换，是各种集成电路的一种基本单元。
目录
一、差分放大器方案介绍
二、差分放大器的优点
三、差分放大器的作用
四、差分放大器的工作原理
五、差分放大器的特点
六、差分放大器的应用
正文
一、差分放大器方案介绍
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，有时简称为“差放”。
差分放大器通常被用作功率放大器(简称“功放”)和发射极耦合逻辑电路(ECL，Emitter Coupled Logic) 的输入级。
如果Q1 Q2的特性很相似，则Va，Vb将同样变化。
例如，Va变化+1V，Vb也变化+1V，因为输出电压VOUT=Va-Vb=0V，即Va的变化与Vb的变化相互抵消。
这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。
若差放的两个输入为，则它的输出Vout为：其中Ad是差模增益(differenTIal-mode gain)，Ac什模增益(common-mode gain)。
二、差分放大器的优点
差分放大器利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。
但是差分放大器结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。
差分放大器：按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。
按共模负反馈的形式分：有典型电路和射极带恒流源的电路两种。
(a)射极偏置差放(b)电流源偏置差放
差放有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。
双端输入时，信号同时加到两输入端;单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。
双端输出时，信号取于两输出端之间;单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。
因此，差分放大器有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。
上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
(a)电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中植入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的抑制。
电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。
负电源-一文看懂差分放大器的接法大全用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+一文看懂差分放大器的接法大全，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻Rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻。
三、差分放大器的作用
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一
固定增益放大的电子放大器，有时简称为差放。
差分放大器通常被用作功率放大器(简称功放)和发射极耦合逻辑电路(ECL，Emitter Coupled Logic) 的输入级。
如果Q1 Q2的特性很相似，则Va，Vb将
同样变化。
例如，Va变化+1V，Vb也变化+1V，因为输出电压VOUT=Va-Vb=0V，即Va的变化与Vb的变化相互抵消。
这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。
若差放的两个输入为，则它的输出Vout为：其中Ad是差模增益(differential-mode gain)，Ac什模增益(common-mode gain)。
因此为了提高信/噪比，应提高差动放大倍数，降低共模放大倍数。
二者之比称做共模仰制比(CMRR，common-mode rejection ratio)。
共模放大倍数AC可用下式求出：
Ac=2Rl/2Re 通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比(CMRR，common-mode rejection ratio) 衡量差分放大器消除共模信号的能力：由上式可知，当共模增益Ac0时，CMRR。
Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。
四、差分放大器的工作原理
虽然运放电路为典型的双端输入、单端输出的三端器件，但多为单端应用(即一端用于信号输入，一端接地)，由此可以看出任一信号回路的两端特性，一端接地，一端即信号。
就同相放大器而言，信号输入同相端，反相器必有接地回路;就反相放大器而言，信号从反相输入端进入，则同相端即为接地端。
由接地回路的不同，甚至也可以判断放大器类型为同相放大器亦或反相放大器。
如果有两路输入信号，分别从两个输入端同时输入，即双端输入，单端输出的工作模式，即为差分放大器(亦名减法器)。
五、差分放大器的特点
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一
固定增益放大的电子放大器，有时简称为差放。
(1)对单电源供电的放大器电路，其输出端(即Q1\Q2的C极)静态工作点为1/2Vcc最为适宜，能保障其最大动态输出范围。
只要RC1、RB1等偏置元件取值合适，则可使UC1、UC2的静态电压为2.5V，即静态差分输出电压2.5V-2.5V=0V;
(2)电路设计尽可能使Q1、Q2的静态工作参数一致，二者构成“镜像”电路，RE为电流负反馈电阻，其直流电阻小，动态电阻极大(流过的电流近乎恒定)，以提升电路的差分性能。
(3)当IN+=IN-时，或者二者信号电压同步升降时，OUT+、OUT-
端电压也在同步升降，且升、降幅度相等，其输差分输出值仍会为
0V。
如二路输入信号在静态基础上产生了Q1、Q2基极电流的同样增量，则集电极电压会产生下降，如由2.5V降低为1.5V时，则
UC1-UC2=1.5V-1.5V=0V，这说明电路对共模输入信号不予理会，具备优良的抗干扰性能。
众所周知，RS485通讯电路，就是利用差分总线传输方式，产生了强有力的抗干扰效果。
(4)当IN+、IN-输入信号在静态基础上有相对变化，即IN+-IN-≠0时，如IN+输入电压往正方向变化时，OUT-会往负方向变化(同时OUT+会往正方向变化)，使得两个输出端反向偏离2.5V产生了信号输出。
当OUT-为1.5V，OUT+为3.5V时，此时使产生了2V的信号电压输出。
六、差分放大器的应用
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，因而得到广泛的应用。
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-。
差分放大器：
①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。
如下图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。