几个经典差动放大器应用电路详解

经典的四电阻差动放大器 （Differential amplifier，差分放大器） 似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 差动放大器是一种重要的模拟电路元件，常用于信号处理中以增强差模信号并抑制共模信号。在实际应用中，经典四电阻差动放大器虽然理论简单，但在实际电路中可能表现出性能不足，主要体现在以下几个方面： 1. **电阻不匹配**：理想情况下，差动放大器的四个电阻（R1、R2、R3、R4）应该是相等的，以实现理想的增益和共模抑制。但在实际中，电阻的制造容差会导致增益的不准确和共模信号的放大，影响电路性能。 2. **滤波问题**：在处理高频信号时，电路的滤波特性可能不足，无法有效地消除噪声和干扰。这可能导致信号失真和增益下降。 3. **交流共模抑制**：共模抑制比（CMRR）是衡量差动放大器抑制共模信号的能力。当输入信号中包含共模成分时，如果CMRR不高，这部分信号会被放大，影响输出的纯净度。理想的CMRR是无限大，但实际上，电阻的不匹配和运算放大器本身的共模抑制能力限制了CMRR。 4. **高噪声增益**：在某些应用中，差动放大器的噪声增益可能导致不必要的噪声引入。例如，在电流检测电路中，如果放大器的噪声增益过高，那么微小的噪声可能会被显著放大，从而影响测量精度。 在实际设计中，为了提高差动放大器的性能，可以采取以下策略： - 使用高精度的电阻，比如0.1%容差的电阻，以减小因电阻不匹配造成的增益误差。 - 考虑电阻的温度系数，特别是在温度变化范围大的环境中，以减少因温度变化带来的误差。 - 应用开尔文检测技术，以减少电阻引脚到放大器输入之间的寄生电阻影响，提高测量精度。 - 选择具有高共模抑制比的运算放大器，以提高整个系统的CMRR。 - 分析和优化PCB布局，减少布线电阻对总误差的影响。 - 对于低失调和低噪声需求的应用，选择高性能的运算放大器，如零漂移放大器，以降低失调电压和噪声增益。 设计和优化差动放大器时，需要综合考虑电阻匹配、滤波、共模抑制和噪声增益等多个因素，以确保电路在实际应用中能够准确、稳定地工作。通过深入理解这些知识点并采取适当措施，可以提高差动放大器在各种应用场景下的性能。