差分运放分析

引言

图1：待分析电路图

图1中的电路哪里是负反馈？放大倍数怎么计算？一起来看本文吧。

运放分析的要义

虚短与虚断

图2：运算放大器示意图

（1）虚短

如图1所示，虚短是指运放的输入端V+和V-可视为电压差很小，即近似相等：V-=V+，由于并没有实际的物理连接，故我们称其为虚短（以区别物理连接的短路），若其中一端接地，则另一端在必要时，可认为虚地。

（2）虚断

由于运放是高阻抗器件，可以认为两个输入端向运放内部流动的电流数值为0，即I+=0,I_=0，直观感觉是两个端口之间像断开的，故称为虚断。

在电路分析中，根据情形使用这两个概念可以很方便的分析出电路的增益，输入输出阻抗等信息。

线性电路的可叠加性

在电路基础的课程中，我们学过线性电路的可叠加性，线性电路中，任一支路电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该支路分别产生的电压或电流的叠加。

实际应用中，若有把AB两个电压源，可以把A接地，单独分析电路，再把B接地，分析电路，然后把两个结果相加即可。

实战分析

图1是一个比较复杂的运放电路，我们对其做分析，由于电路中只有运放和电阻，故为线性电路，满足线性叠加原理，故令V2= 0：

图3

对比模电课本可知这是个正向放大器：

Vo1 = V+∗ (1+R6 / ( R2//R4))

V+=V1*(R3//R5)/(R1+R3+R5)

故：

Vo1 = V1∗( R3//R5)/(R1+R3//R5)∗(1+R6/(R2//R4))

图4

令V1=0，对照模电课本可知该电路为反向放大器：

Vo2=−V2∗R6/R2

综上输出电压V0：

V0 = V01+V02

V0=  V1∗( R3//R5)/(R1+R3//R5)∗(1+R6/(R2//R4))-V2∗R6/R2

若R1, R2= 50，R3, R4，R5, R6=200，且如输入端为差分电压（V1 =-V2 ）则有放大倍数A：

A=V0/(V1−V2)=V0/2V1=4 

反向放大器中为什么没有R4？

图5

如图5所示，由于虚断的原因，在运放的负输入端相当于接地，这样一来，R4相当于被短路了，故没有R4参与运算，这个是个标准的反相放大器。

仿真验证

为了验证分析是否正确，我们使用TI 公司的SPICE仿真软件TINA [1]验证一下，该软件可以免费申请，其使用方式见我的博文：《TI运放仿真软件TINA》。

图6：TINA仿真结果

从图6中可以看出，测试点3和点4的电压分别为100mV/-90度和100mV/+90度（相位相差180度），故差分信号V4-V3（从运放正输入端到负输入端）为200mV/90度，测试点5为输出电压，数值为800mV/90度，故放大倍数为：800mV/200mV=4，和分析得到的数值相同，验证完毕。

差分输出运放分析

图7：差分输入的情况 [2]

图8：单端输入的情况 [2]