当前课程知识点：测控电路 > 第二章 信号放大电路 > 2.4 差动放大电路 > 差动放大电路
大家好
我们今天来学习差动放大电路
本节的学习目标为
1.理解差动放大电路的工作原理
能够分析其电路特点
2.理解共模抑制比的概念
3.能够将差动放大电路
应用到实际工程中
首先我们从一个工程案例讲起
大家看这是一个飞机的起落架
它对飞机起飞降落时的安全保障
起着重要的作用
我们需要检测起落架支柱的变形情况
我们在机起落架支柱上粘贴电阻式应变片
应变片随着支柱的变形而发生形状变化
从而引起应变片阻值的变化
我们把四个电阻式应变片连接成
惠斯通电桥
电桥平衡时，即支柱没有发生弯曲时
桥路输出信号为u+和u-的差
此时为0
当支柱弯曲变形时
输出信号u+和u-的差不为零
但是此信号很小
需要进行放大
我们之前讲过的反相放大电路
和同相放大电路
均为单端输入
没有办法接入差动信号
要想放大差动信号
就需要今天要讲的差动放大电路
此图为差动放大电路的原理图
有两个输入信号
ui₁和ui₂
假设
反相端和同相端的电压分别为u-和u+
流过电阻
R₁
和电阻R₂的电流分别为
i₁和i₂
根据“虚短”
我们可以得到u-=u+
根据“虚断”
我们可以得到，流过R₁的电流
就等于流过R₂的电流
即i₁=i₂
这样我们就可以得出
（ui₁-u-）/R₁
等于（u-－uo）/R₂
同时我们还知道
u+=（R₄ui₂）/（R₃+R₄）
它等于u-
我们将（2）式代入（1）式可以得到
如下公式
在满足R₂/R₁=R₄/R₃
的情况下
我们就可以得出
输出uo=R₂/R₁
乘以（ui₂-ui₁）
从此结果可以看出
输出uo与（ui₂-ui₁）的
差动信号
成正比
放大倍数为R₂/R₁
也就是说
在满足R₂/R₁=R₄/R₃的
条件下
此电路只放大了ui₂-ui₁的
差动信号
而没有放大其共模信号
因此
此电路具有很高的共模抑制比
在这里我们引出了一个新的概念
共模抑制比，即（CMRR）
那么什么是共模抑制比呢
为了解释这个概念
我们假设
差模型号为uid
共模信号为uic
差模增益为kd
共模增益为kc
差模信号uid
记为
ui₂与ui₁的差
共模信号
uic
记为
ui₂与ui₁
相加之后的平均值
这样我们就得到了（1）式
也可以变成
（2）式
我们将
（2）式带入到
右边这个式子
整理可以得到
（3）式
那么共模抑制比的定义为
差模增益与共模增益的比
我们可以得到如下的公式
如果想要提高共模抑制比
即，必须让共模增益减小
此时我们令共模增益为零
具有无穷大的共模抑制比
此时可以得出
R₂/R₁=R₄/R₃
这样我们就验证了之前的结论
在满足
电阻R₂/R₁=R₄/R₃时
差动电路只放大了差动信号
具有无穷大的共模抑制比
此时我们再分析一下差动放大电路的特点
通过刚才的分析
在满足对称结构
也就是R₁=R₃
R₂=R₄时
电路输出信号不含共模分量
电路具有较高的共模抑制能力
在满足平衡条件
电阻R₁R₂的并联等效电阻
等于R₃和R₄的并联等效电阻时
可以降低失调电流对电路运算误差的影响
因为要满足高共模抑制比的结构
R₁//R₂
等于R₃//R₄
对
电路增益R₂/R₁
调整是有困难的
我们来看一下电路仿真效果
这是一个差动电桥
输出差动信号由
差动运算放大电路进行放大
我们来看一下它的输出
此时我们发现它的输出信号很小
为什么呢
我们会发现
啊，它的输入阻抗
很小
导致信号很衰减
此时呢我们把它的输入电阻增大
变为100K
当然这两个电阻都要同时来变
好，还要满足它的
放大比例
所以此时在这儿变成400K
好，此时我们再来看一下它的仿真效果
我们会发现，把两路的差动信号
进行了一个放大
好
差动信号呢为2.39V
那么我们经过四倍的放大
放大了放大到了
8.8V左右
这就是差动电路对差动信号的放大效果
我们再来看一下差动放大电路的应用
它可以对包含有共模分量的
两个信号的差值进行放大
比如对差动电桥输出信号的放大
也就是对飞机起落架支柱变形的检测
我们可以采用差动放大电路
差动放大电路还可以对浮地信号进行放大
例如，对热电偶传感器输出信号的放大
热电偶输出的信号是两个信号的差
不是相对地的信号
即为浮地
在应用差动放大电路时
我们应该注意
以下几点
1.此电路具有较高的共模抑制比
2.就是因为要求共模抑制比高
对电阻的匹配要求较高
否则会降低
共模抑制比
3.此电路的输入电阻不是很高
我们来总结一下本节的内容
首先分析了差动放大电路的工作原理
在满足R₂/R₁=R₄/R₃的
情况下
只放大差模信号
在解释完共模抑制比的概念后
我们又分析了差动放大电路的特点
最后我们又列举了差动放大电路的
应用以及注意事项
请同学们思考一下，差动电路的增益难调
而且输入电阻较小
是否有一种电路
既可以放大差动信号
输入阻抗高
而且增益又容易调整呢
有，那就是仪用放大电路
我们将在下一节课进行讲解
本节就讲到这里，再见
-作业 - 绪论
-2.1 理想运算放大器和负反馈
--练习题-2.1理想运算放大器和负反馈
-2.2 反相放大电路
--反相放大电路
--作业-2.2反相放大电路
-2.3 同相放大电路
--同相放大电路
--作业-2.3同相放大电路
-2.4 差动放大电路
--差动放大电路
--作业-2.4差动放大电路
-2.5 仪用放大电路
--仪用放大电路
--作业-2.5仪用放大电路
-2.6 可编程增益放大电路
--练习题-2.6可编程增益放大电路
-2.7 隔离放大电路
--隔离放大电路
--作业-2.7隔离放大电路
-2.8 电桥放大电路
--电桥放大电路
--作业-2.8电桥放大电路
-反相放大、同相放大、基本差动放大、仪用放大，四种放大电路的优缺点比较。
-3.1 概述
--概述
--作业-3.1 概述
-3.2 调幅式测量电路
--调幅式测量电路
--作业-3.2 调幅式测量电路
-3.3 包络检波电路
--包络检波电路
--作业-3.3 包络检波电路
-3.4 相敏检波电路
--相敏检波电路
--作业-3.4 相敏检波电路
-3.5 调频式测量电路
--调频式测量电路
--作业-3.5 调频式测量电路
-3.6 调相式测量电路
--调相式测量电路
--作业-3.6 调相式测量电路
-3.7 脉冲调制式测量电路
--作业-3.7 脉冲调制式测量电路
-4.1 滤波器基本知识
--滤波器基本知识
--作业-4.1 滤波器基本知识
-4.2 基本滤波器
--基本滤波器
--作业-4.2基本滤波器
-4.3 滤波器特性的逼近
--滤波器特性的逼近
--作业-4.3滤波器特性的逼近
-4.4 RC有源滤波器
--RC有源滤波器
--作业-4.4RC有源滤波器
-5.1 加减法运算电路
--加减法运算电路
--作业-5.1加减法运算电路
-5.2 乘除法运算电路
--乘除法运算电路
--作业-5.2乘除法运算电路
-5.3 绝对值运算电路
--绝对值运算电路
--作业-5.3绝对值运算电路
-5.4 峰值检测电路
--峰值检测电路
--作业-5.4 峰值检测电路
-6.1 电压比较电路
--电压比较电路
--作业-6.1 电压比较电路
-6.2 电压电流转换电路
--电压电流转换电路
--作业-6.2 电压电流转换电路
-6.3 AD转换电路
--AD转换电路
--作业-6.3 AD转换电路
-滞回比较电路的滞后电压（回差电压）应该设计的大点还是小点好？
-7.1 细分辨向电路
--细分辨向电路
--作业-7.1细分辨向电路
