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博文

关于差分放大器测试电路连接与放大倍数问题的进一步分析

已有 7113 次阅读 2010-5-4 22:42 |个人分类:科研笔记|系统分类:科研笔记

今天对博客中各位老师的建议进行思考，“基本差分放大器R1、R2、R3、R4四个电阻上流过的电流是相等的（在开环放大倍数足够高的前提下，这是很好的近似）”，当信号源负端接地后，这个关系就不成立了。但集成运放电路在深度负反馈时有“虚短”与“虚断”的特点，在分析集成运放的线性应用电路时一般用这两个特点进行分析。由此看来并不一定要求流过四个电阻的电流相等，通过电阻分压给两输出端提供差分输入电压不会遭成影响放大电路的放大倍数。该电路我这样理解，认为直流源为理想电源，因此V2电压为固定的，对于R5和R6支路构成分压电路，因此V1的电位也确定，然后V1和V2作为差分放大电路输入。虽然这样流过四个电阻的电流不等，但根据“虚短”与“虚断”放大倍数是没有变化的。对这个电路的电阻进行完全匹配又进行了仿真，仿真电路图如下：
                                
仿真数据如下：

接地

Vi(V2-V1)

Vo

A(Vo/Vi)

V1+Uc

1.000622523

0.510379354

0.510061829

1.499688739

1.500933794

0.765537247

0.510040649

2.249533103

2.001245065

1.020695119

0.510030049

2.999377468

2.501556336

1.275852995

0.510023691

3.749221832

3.001867607

1.531010875

0.510019453

4.499066197

3.502178878

1.786168758

0.510016427

5.248910561

不接地

Vi(V2-V1)

Vo

A(Vo/Vi)

V1+Uc

0.999030429

0.509567541

0.510062083

0.013560721

1.498545659

0.764319489

0.510040842

0.020349711

1.998060888

1.019071438

0.510030222

0.0271387

2.497576118

1.273823388

0.51002385

0.03392769

2.997091348

1.528575339

0.510019603

0.040716679

3.496606577

1.78332729

0.510016569

0.047505669

10接地

Vi(V2-V1)

Vo

A(Vo/Vi)

V1+Uc

0.998719244

0.509408807

0.510062072

0.499359622

1.498078887

0.764081392

0.510040825

0.749039444

1.99743853

1.018753978

0.510030202

0.998719265

2.496798173

1.273426565

0.510023829

1.248399087

2.996157816

1.528099231

0.510019607

1.498078908

3.495517459

1.782771834

0.510016573

1.74775873
从表中数据可以看出，不管这个地如何接或者不接，在电阻完全匹配的情况下其增益变化微小，误差在0.01%，精度还是比较高的，与理论放大倍数一致，并没有如以前所述的电阻不匹配时引起的较大的增益偏差。增益的微小变化是由于放大器本身存在的零偏引起，当对输出都减去零偏值后计算放大倍数，误差非常小。
另外直接用直流源作为输入（不用电阻进行分压），对电阻匹配和不匹配进行了仿真，同样存在相应的问题。因此对于差分放大器要特别注意进行电阻匹配，这对提高电路的共模抑制很关键。
虽然电阻完全匹配使得对于R7下端接地与不接地不会明显地影响放大倍数，这有可能解决我实际电路中两种情况之前存在差异的问题（还未实际测试，下一步进行测试），但其中还存在一个问题，就是单独对于接地或不接地的其中一种情形，其共模电压大小（或者说V1+Vc）并没有太大程度地影响该情形下的放大倍数，这是由于零偏引起的，当把零偏计算进去的时候放大倍数误差非常小了。因此可以说电阻的匹配程度影响了传递函数，从而体现出共模抑制能力的变化。
以上分析如果存在什么错误，还望各位老师、同僚批评指正。


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