一種典型的差分放大電路設(shè)計與測試

作者：時間：2011-01-11 來源：網(wǎng)絡(luò)

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式(1)～式(7) 中所有加減運算均為矢量相加減，式(7)表明該差分放大電路的差分放大倍數(shù)A 由電阻R3、R4、R5 確定。

該差分放大電路中的濾波器采用了典型差分濾波器的形式，由差模濾波器和共模濾波器組成，主要作用是濾除傳感器輸出信號高頻噪聲以及RFI 噪聲。假設(shè)傳感器差模輸出阻抗為Rd, 共模輸出阻抗為Rc，C1 與C2的串聯(lián)等效電容為CS12, 則差模濾波器的截止頻率fd由Rd、R1、R2、CS12和C3 確定，共模濾波器的截止頻率fc由Rc、R1、R2、C1、C2 確定。

由于傳感器信號傳輸線較長，其寄生電感與放大器輸入電容容易組成LC 諧振電路, 產(chǎn)生過沖和振蕩，為此，在信號線上串聯(lián)小電阻R1、R2 作為補償電阻，以減小或消除振蕩。圖1 中，電容C4、C5 分別與電阻R3、R5 組成一階低通濾波器，抑制放大器噪聲；電阻R6、R7對運放進(jìn)行環(huán)內(nèi)補償，增加運放帶容性負(fù)載的能力；BAT54S 作為保護(hù)器件加在放大器輸入端, 防止靜電放電以及輸入電壓超出運放最大輸入電壓范圍而損壞運算放大器。

1.2 交流耦合差分放大電路

交流耦合差分放大電路如圖2 所示。電容C9、C10、C11 的值遠(yuǎn)小于電容C7、C8 的值，因此，電容C9、C10、C11 對圖2 中高通濾波器的影響可以忽略，從而可得共模高通濾波器的截止頻率fHPc。

假設(shè)電容C7 與C8 的串聯(lián)等效電容為CS78，則差模高通濾波器的截止fHPd頻率為:

電阻R10、R11 為運放提供偏置電壓并為運放偏置電流提供流通路徑。

2 差分放大電路仿真

在完成電路設(shè)計后，采用Multisim 仿真軟件對電路進(jìn)行仿真，以檢驗電路結(jié)構(gòu)是否合理、器件選擇是否恰當(dāng)、濾波器截止頻率設(shè)計是否正確等。仿真電路原理圖如圖3 所示。表1 所示為虛擬信號發(fā)生器XFG1 參數(shù)設(shè)置，表2 所示為虛擬示波器XSC1 各通道交流信號測量結(jié)果以及XBP1 波特圖仿真結(jié)果。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/195144.htm

XFG1 參數(shù)設(shè)置

表2 XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果。

XFG1 參數(shù)設(shè)置

表2 XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果。

XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果

假設(shè)圖3 中3、4、9 處的交流信號峰峰值電壓分別為V3、V4、V9，則由式(5) 可得：

不同頻率信號的衰減情況
由表2 結(jié)果和式(12) 可知，差分比例放大部分的設(shè)計是正確的。由圖3、式(9) 和表2 結(jié)果可知，共模濾波器的設(shè)計是正確的。

仿真電路原理圖

假設(shè)一階RC 低通濾波器通帶電壓增益為A0，則其幅頻響應(yīng)可以用式(13) 表示。

式中，ω 為信號角頻率，ωc為差分濾波器截止角頻率。表3 所示為不同頻率信號的仿真結(jié)果。由圖3、式(8) 、式(13) 和表3 結(jié)果可知，差模濾波器的設(shè)計是正確的。