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。
差分电路的电路构型
上图是差分电路。 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。


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。
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
差分输入电压的计算
如下图电路,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。

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:




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:




差分放大电路的计算


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?




