差分运算放大电路原理解析

news/2024/5/19 21:42:44/

  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。

注:
(1)共模信号
  共模信号(common mode signal)是指同时作用于多个电路或电子设备上的信号,这些信号具有相同的幅值和相位,且相对于设备或电路的地(或参考)电势具有相同的偏移量。共模信号通常是由于电源噪声、接地回路干扰、信号线的不平衡等原因产生的。

  共模信号在电路和电子设备中通常是一种干扰信号,它会干扰正常的信号传输和处理,降低设备的性能和可靠性。因此,为了减少共模信号的影响,电路和电子设备通常采用一些抑制共模信号的技术,如差分信号传输、屏蔽、接地和滤波等。

(2)差分信号
  差分信号(differential signal)是指由两个相互独立的信号线(通常称为正极和负极)传输的信号,它们分别携带了相反的信号。在差分信号中,信号的大小是由正极和负极之间的电压差(即差分电压)决定的。差分信号通常用于传输数字信号和高速信号,如USB、HDMI、以太网等。

  差分信号具有许多优点。首先,它具有较高的噪声抑制能力。由于信号是由两个相反的信号线传输的,因此它们能够相互抵消共模噪声,从而提高信号传输的可靠性。其次,差分信号具有较低的辐射和接收电磁干扰(EMI/EMC)能力。由于差分信号的信号线在传输过程中的电压差相对较小,因此它们产生的电磁辐射也相对较小。另外,差分信号的接收端通常采用差分放大器进行信号放大,这也可以减少接收端对EMI/EMC的敏感度。

  差分信号也有一些限制和缺点。首先,它需要使用两根信号线传输信号,这可能增加设计和成本的复杂度。其次,差分信号需要保持信号线的平衡,即保持正极和负极之间的阻抗和电容等参数相等,否则会导致信号失真。此外,在实际应用中,差分信号的传输距离也可能受到限制,需要进行合适的信号放大和衰减等处理。

1.差分电路

在这里插入图片描述
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。

2.带正反馈的运放电路

在这里插入图片描述
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。


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