电工基础知识_电工技术-电工最常见电路

当前位置: 电工基础主页 > 电工基础 >

一文解析差动放大器电路原理

时间:2023-02-26 11:26来源:未知 作者:admin 点击:
运算放大器 广泛应用于各类型 电子 产品上面,用来对 模拟 量 信号 进行放大或衰减,使信号幅值达到一个合理的区间,供其它电路进行比较或采样。 差动放大器 具有一个普通 放大器

  运算放大器广泛应用于各类型电子产品上面,用来对模拟信号进行放大或衰减,使信号幅值达到一个合理的区间,供其它电路进行比较或采样。

  差动放大器具有一个普通放大器不具备的优点:可对一个或多个不共地的信号进行检测,各个被测信号或放大器皆不受非等电位带来的影响,使各个被信号与放大器之间继续保持着“隔离”特性。但这个这么好的优点却没有被仪器厂家重视。

  目前绝大多数的示波器都无法对两个以上不共地信号进行同时检测,甚至只使用单通道时也无法直接测量非隔离的信号,例如220V市电,或220V整流后的电压,因为探头的地跟交流电地线是通的,一测就是短路。假如前级采样采用差动放大器电路形式,此问题迎刃而解了。不过福禄克的示波表倒是支持测量不共地信号,但它是不是用的差动放大电路,我就没去研究过了。

  下图是整流器电压的采样电路,根据科技先躯们的经验,当两输入电阻相等,两反馈电阻也相等时(姑且把同相端电阻也称为反馈电阻),电路的放大比例为RF/RI,下图为10/1000,即0.01倍,衰减型电路。

  教科书上的公式推导过程我看来看去硬是看不明白,数学没学好是我的硬伤,但我相信公式是正确的,因为我用我自己的理解方式计算过,也实验过,放大比例确实是RF/RI,下面我就分享一下我的推导方法,也是各电压点的计算方法,但是要注意的是,这个计算方法是针对被测信号与放大器不共地的时候用的,在共地的时候计算法又不同,后面我会讲到。

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  图中,受测电压为540VDC,上正下负。

  我们知道,运放工作在放大区时,正反输入端电压是相等的(理想状态下完全一致,实际有少许偏差,偏差值由运放品质决定),即虚短,那受测信号的负载电流可以等效于右图,我们由此计算出受测信号回路电流,540V/2000K=0.27MA,红色箭头为电流方向,OK。

  我们还知道,运放还有虚断特性,即正反输入端的电流几乎为0,可以忽略不计,那我们就可以断定,流经两输入电阻的电流与流经两反馈电阻的电流是一样的,即4个电阻的电流都为0.27MA。因此我们可以算出反馈电阻的电压为0.27MA*10K=2.7V,电流由下往上流,故同相输入端电压为-2.7V,因为虚短,反相输入端电压也为-2.7V,负反馈电阻电流由左向右流,即电阻电压为左高右低,幅值2.7V,故输出电压比反向输入端-2.7V还要低2.7V,即-5.4V。

  如果用公式计算,放大比例为0.01,540*0.01=5.4V,由于是反相电路,还要加上负号,即套用公式的算法和我自己的算法算出来的结果是一样的,但我的算法更易懂(我个人是这认为),并且能算出各点电压,这在维修时可以很快判断出哪个点电压异常,从而较快发现故障点,提高维修效率。

  有朋友说,输出电压等于两输入电压相加(-2.7+(-2.7)=-5.4),这是不是加法器啊?这其实不是加法器,这个结果只是碰巧,因为这种电路两反馈电阻相同。为了消除朋友的疑惑,我们看看下图。

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  我把负反馈电阻由10K改为1K,我们看看发生了什么?受测信号电流没变,两输入端电压也没变,但输出变了,因为反馈电阻变小了,反馈电阻的电压由2.7V变成0.27V(0.27MA*1K=0.27V)了,所以输出变成-2.7+(-0.27)=-2.97V了。

  所以,输出电压并不一定等于两输入端电压和,当然,但凡用到这种电路的人,都不轻易改变电路形态,依旧保持两输入电阻,两反馈电阻相等。

  上面的计算方法仅对于受测信号与运放不共地的情况下,如果受测信号跟运放大有直接关系,计算方法跟普通放大器计算方面大致相同。看下图

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  图中是个电流检测电路,在负载回路中串入一小电阻,由小电阻两端获得微弱信号,送到差动放大器进行10倍放大。

  我们先来计算一下负载电流,12V/5.1Ω=2.35A,负载电阻电压为2.35A*5Ω=11.76V(四舍五入),采样电阻电压为12-11.76=0.24V,反相放大10倍,结果应为-2.4V,我们来验证一下。

  先来确实同相端电压,负载电阻电压为11.76V,由此我们算出同相端电压为11.76V/110*100=10.69V,由于虚短,反相端也是10.69V,负反馈电流为(12-10.69)V/10K=0.131MA,负反馈电阻电压为0.131MA*100K=13.1V,左高右低,所以输出电压为10.69-13.1=-2.41V(多出0.01是因为前期四舍五入的偏差),计算结果与套用公式结果无异。还是那句话,通过测量各点电压值正常与否能较快发现故障点,这就是理论的重要性。

  我们知道,负载有输入电阻,电源有输出电阻,为什么带负载时电压为有所下降?就是电源的输出电阻在作怪。而信号,也会有输出电阻。请看下图。

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  图左是一个反相器,把前级送来的信号进行反向放大,C极获得与输入信号频率相同,相位相反,幅值为12V的信号。

  但如果给输出信号加个负载,阻值与C极电阻一样,结果会怎样呢?如图右,我们看到,输出信号频率和相位没变,但幅值变了为6V,足足少了一半,这就是信号输出电阻(C极电阻)的影响。在电子电路路,经常遇到这样的情况,一些信号(或电压)要去驱动一些负载,但自身的输出电阻因素,造成驱动能力又不够,无力去驱动后级负载,怎么办呢?这个时候,就要在驱动源与后级负载之间加一级缓冲器了,如下图所示。

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  在驱动源与负载之间加了个三极管,驱动信号直接拉B极,信号处在高电平时,B极有电流流入,从E极流出,流过负载电阻,最后到地,但B极电流的流入,促使三极管迅速导通,产生C极电流,由于三极管有放大作用,C极电流=B基电流*放大倍数,C极电流很大,使三极管达到饱和状态,E极电压约为11.4V,只比B极电压低0.6V,忽略此压降的话,可看成VB=VE,因此保证了对负载电阻有足够的电压幅值,提高了驱动能力。由于这种只放大电流驱动能力,不放大电压,VE随VB而变,即射极电压跟随基极电压而变,人们就把这个三极管电路称为射极跟随器,它也是射极跟随器的鼻祖。后来运放的出现,就有了升级版的射极跟随器,三极管版的,输入输出信号有0.6V压差,但运放版的压差就小很多。下图所示

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  朋友们有没有觉得很奇怪,讲差动放大器怎么又讲到射极跟随器来了?大家不要急,请听我慢慢讲。

  上面讲的两个差动放大电路,一个是衰减100倍的,一个是放大10倍的,那我们来个既不放大,也不衰减的,怎样?看下图。

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  上面这电路有什么作用呢?电压放大倍数为1,即不放大。而电流驱动能力肯定是增强了,对了,它不就是射极跟器吗?没错,其实它就是射极跟随器,不放大电压,只提高电流驱动能力。当然,电路叫什么名字并不重要,重要的是一定要知道它工作原理,这样才能对维修能力有所帮助。

  其实差动放大器也有同相放大和反相放大,上面讲的都是反相放大,当受测信号的正是接放大器的正,就是同相放大,反之就反相放大,我们拿上面的电流检测电路作一下改动,看下图。

 

一文解析差动放大器电路原理

 

  我把采样信号的正负对调了一下,电路就由反相放大变为同相放大了,经计算,放大器输出电压值仍是2.4V,但极性为正了。

(责任编辑:admin)
相关文章
------分隔线----------------------------
栏目列表
推荐内容