差分电路的电路构型
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
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。 Vin+和Vin-的值是如何计算的?
我们先通过繁琐的计算来得到,然后再简化计算。
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+: 再次通过分压关系得到Vin-: 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: 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: 得到差分电压输入值是0.84V。
差分放大电路的计算 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: 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,如下图,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? 通过叠加定理最终得到: 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: 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。 比如,上图电路,输入电压变为-100V,那么最终输出电压就为: 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。