差分運(yùn)放應(yīng)用-運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)放大電路-KIA MOS管

運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)

運(yùn)放輸入模型

按照運(yùn)放模型，比較全面的梳理出運(yùn)放的基本模型：就是差模信號(hào)和共模信號(hào)的疊加。

虛短概念

理想運(yùn)放要注意虛斷和虛短。運(yùn)放的同相端輸入和反相端輸入相等。

理想運(yùn)放開環(huán)增益無(wú)窮大，實(shí)際略小，大部分在100dB（100000）倍左右，按這個(gè)增益，要讓輸出變化3V，同相反相輸入端只需30uV的壓差即可，如果加上紋波、噪聲等干擾信號(hào)，同相反相端基本上無(wú)變化。引入反饋，做閉環(huán)，同相反相端的電壓差忽略不計(jì)。

差模輸入和共模輸入

在應(yīng)用中，運(yùn)放可以輸入差模信號(hào)，也可以輸入共模信號(hào)，共模信號(hào)大部分來(lái)自噪聲，最核心的愿景是：共模被抵消，差模被放大。

輸入電壓范圍（Vin或Vcm）

運(yùn)算放大器輸入范圍比較復(fù)雜，理論上來(lái)講，同相端和反相端模擬輸入在電源的正軌到負(fù)軌之間都能滿足，運(yùn)放的上下管大致對(duì)稱，大部分時(shí)間，取運(yùn)放的共模輸入電壓Vcm為1/2 Vdd。這樣，運(yùn)放主要工作在線性區(qū)。

小信號(hào)檢測(cè)方法

運(yùn)算放大器用來(lái)做電流小信號(hào)采集時(shí)，往往會(huì)面臨信號(hào)該如何采集、是采用高邊電流檢測(cè)還是采用低邊電流檢測(cè)的問(wèn)題。

差分放大器介紹

由于傳感器信號(hào)主要是通過(guò)施加電壓差做為輸出，信號(hào)的差值電壓很小，而且會(huì)產(chǎn)生布局布線引起的EMI和共模干擾、溫度漂移等問(wèn)題。把運(yùn)放的同相端和反相端當(dāng)做車廂，只要傳感器信號(hào)給定在這中間，相對(duì)的干擾就會(huì)小很多。傳感器的信號(hào)存在壓差，避免運(yùn)放異常飽和，引入差分放大器。

基于成本考慮，行業(yè)之內(nèi)，大部分設(shè)計(jì)還會(huì)采用普通運(yùn)放，基于減法器的模型，搭建一個(gè)差分放大器。

差分放大器的原理就像照鏡子，物理學(xué)上的說(shuō)法稱作鏡像，講究對(duì)稱和平衡，只有做到兩邊一模一樣，效果才會(huì)最佳。為了這個(gè)目的，工程師就需要在模擬前端做阻抗匹配。而由于各點(diǎn)參考源不同，阻抗又有誤差，完全阻抗匹配往往非常困難。

下圖是一個(gè)經(jīng)典的差分運(yùn)放，通過(guò)輸出靜默電壓Uoz，用KCL去求解同相輸入和反相輸入阻抗，結(jié)果差異很大。

介紹一下確定上圖中各電阻的值的方法：

首先，按照鏡像原理，偏置電流也按照相同的倍數(shù)放大，即可求出4個(gè)電阻之間的關(guān)系；確定R1則需要查運(yùn)放的幾個(gè)限制條件，阻值需滿足：大于瞬時(shí)輸出電壓/最大輸出電流、小于輸入失調(diào)電壓/輸入偏置電流，還要注意熱噪聲影響等等。

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