差分放大器是一种专门设计用来放大两个输入电压之间差值的电子放大器电路。它是模拟电子技术中的核心基础电路，尤其在信号调理、噪声抑制等领域有重要应用。

其定义可以从两个关键角度理解：

1. 结构定义：

   • 具有两个输入端（V⁺ 和 V⁻）和一个输出端（Vout）（或者在某些配置下是差分输出，但单端输出更常见）。
   • 输入信号同时施加在这两个输入端上。
   • 输出信号与施加在两个输入端上的信号之差（V⁺ - V⁻）成正比。

2. 功能/特性定义：

   • 设计目的是放大两个输入信号之间的差值，同时对两个输入信号上完全相同的部分（共模信号）进行有效抑制。
   • 输出电压（Vout）主要由输入电压差（V⁺ - V⁻）乘以一个固定的放大倍数（称为差模增益）决定： *Vout = A_diff (V⁺ - V⁻)**。
   • 具有很高的共模抑制比（CMRR）。这是衡量差分放大器性能的关键指标，定义为差模增益（A_diff）与共模增益（A_cm）之比（通常用 dB 表示）： CMRR = 20 log₁₀(A_diff / A_cm)。CMRR 越高，表示放大器对共模干扰（如电源噪声、环境噪声）的抑制能力越强。
   • 主要优势在于能够提取微弱的差分信号并放大它，同时抑制叠加在两个输入信号上的同相噪声和干扰信号（共模噪声）。

通俗理解： 你可以把它想象成一个具有“选择性放大”功能的设备：

• 有用的信号： 如果想放大的实际信号是施加在两个输入点之间的电压差（比如一个正向，一个负向变化）。差分放大器会很有效地放大这个差值信号。
• 讨厌的噪声： 如果环境中的噪声（如电源嗡声、射频干扰）是同时、同相地作用在两个输入点上（表现为两者电压一起波动）。差分放大器会努力忽略掉这种相同的变化，不让它出现在输出端或者将它的影响降到极低。
• 核心目的： 放大隐藏在强噪声背景下的“微小差值”信号。

典型应用场景：

• 仪器放大器（测量微小传感器信号，如热电偶、应变片、电桥电路）。
• 模拟运算电路（减法器）。
• 信号传输系统接收端（抑制线路上的共模噪声）。
• 高性能运算放大器的输入级。
• 平衡音频信号的放大。
• 医疗电子设备（如心电图机，从人体提取微弱电信号）。

实现方式： 最常见的实现方式是基于晶体管构成的长尾式差分对电路。现代应用中，集成运算放大器就是以内置高性能差分放大器作为输入级，通过外部电阻设置增益。

总结来说，差分放大器的主要定义特征在于：

• 双输入端结构。
• 输出电压正比于两个输入端的电压之差（V⁺ - V⁻）。
• 具有高差模增益（A_diff）和高共模抑制比（CMRR），能够提取并放大微弱的差分信号，同时强烈抑制共模噪声。

理解差分放大器对于设计低噪声、高精度的模拟电路至关重要。