差分信号和差分电路讲解 差分放大电路应用

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差分信号和差分电路讲解 差分放大电路应用

V_blog 发表于 2020-08-21 17:31:00
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差分信号和差分电路讲解:

1、什么是差分信号?为什么要用差分信号?

两个芯片要通信,我们把它们用一根导线连接起来,一个传输1,另一个接受1,一个传输0,另一个接受0,不是很好吗?为什么还要搞其他的花花肠子。

因为有干扰,各种各样的干扰,比如温度,电磁辐射等等,这些干扰使得传输的1不再是理想的1,传输的0也不再是理想的0,但是这些干扰几乎都有一个共同的特点,就是它对这条导线的干扰和它对这条导线附近导线的干扰是一样的。

利用这个特点,我们用两个导线传输信号,一条导线传输我们要传输的信号1010,另一条导线传输和他相反的信号0101,在接收端,我们把这两个信号做差,那么就会接收到1 -1 1 -1这样的信号,再通过电平转换或其他的手段就可以恢复出1010这个我们要传输的信号。干扰在做差的过程中被消除掉了。

2、差分放大电路基本结构

所有的电子元器件的特性都会受到温度的影响,其中半导体材料受到影响的程度最大。对于PN结来说,温度系数为-2.5mV/°C,表示温度每升高1°C,二极管或三极管的管压降就会降低2.5mV,可以想象,温度高到一定程度的时候,二极管的正向导通反向截止的特性也就不存在了,所有的半导体都无法正常工作了。

在共射放大电路中,电路基础:Lec16-共射放大电路的设计,温度的变化会产生三极管基极和发射极之间电压的变化△Ube,这种现象成为“温漂”。

利用差分信号的思想,我们建立上面电路图,输入端(Ui1-Ui2),输出端(Uo1-Uo2),就可以解决温漂的问题。温漂干扰在做差的过程中被消除掉了。

3、长尾式差分电路

一个更实用的设计是采用长尾式差分电路,如图所示,这个电路可就厉害了,它可以

差分信号和差分电路讲解 差分放大电路应用

单端输入,单端输出,放大倍数是普通共射放大电路的1/2倍。单端输入,差分输出,放大倍数是普通共射放大电路的1倍。差分输入,单端输出,放大倍数是普通共射放大电路的1。差分输入,差分输出,放大倍数是普通共射放大电路的2。这个电路之所以强大,是因为当温度变化时,产生了△Ube,但是它通过引入一个恒流源补偿△Ube,从而使Re两端的电压保持不变,这样流过Re的电流也不变,导出流过Rc的电流不变,最终输出的Vo不变。

其中,ui表示输入信号,ube表示三极管基极和集电极之间的电压差,它是温度的函数。现在我们只考虑温漂,ui保持不变。只看温度变化对输出的影响。对这个式子两端求导可得下式,这个式子表明温漂引起的△Ube会被△Ve所补偿。

长尾式差分电路的仿真结果如下,从结果可以看出当单端信号输入时,单端输出的放大倍数是普通共射放大电路的1/2。放大倍数可以利用公式1对Ui求导推出,这里不再推导。

4.差分电路的作用

差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力,对差模信号却没有多大的影响,因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级,可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响,如温度噪声等。你可以去找一些集成电路看一下,第一级基本上都是差分放大。

5.差分放大电路应用

电路一:

用运放做电流采样,再用单片机AD采集处理。

注:

1、Rp10、Rp11、Cp8、Cp9,是对输入做的RC滤波,后面的Rp15和Cp11是对输出做的RC滤波。

2、Rp16是为了防止运放输出不够低的现象,电阻的阻值不宜过大过小,根据运放的阻抗选择。

3、Dp6是为了防止输出端电压过高,烧坏CPU的IO口。

4、Rp12=Rp13,Rp14=R10。Vout=Rp14/Rp12*(Vin+-Vin-)。

注:

差分放大电路不再说了,这个电路是为了避免运放到了输出低端非线性的问题。

Vout=Rc9/Rc8*(Vin+-Vin-)+基准电压值。具体的计算过于复杂,不再说明。

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