差動(dòng)放大器電路又叫差分電路，它可以有效地放大交流信號(hào)，而且還能夠有效地減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)漂移。被大量的應(yīng)用于集成運(yùn)放電路，常被用作多級(jí)放大器的前置級(jí)。

差分放大器工作原理和基本電路形式

差動(dòng)放大器原理：

差動(dòng)放大電路的基本形式對(duì)電路的要求是：兩個(gè)電路的參數(shù)完全對(duì)稱兩個(gè)管子的溫度特性也完全對(duì)稱。

它的工作原理是：當(dāng)輸入信號(hào)Ui=0時(shí)，則兩管的電流相等，兩管的集電極電位也相等，所以輸出電壓Uo=UC1-UC2=0。溫度上升時(shí)，兩管電流均增加，則集電極電位均下降，由于它們處于同一溫度環(huán)境，因此兩管的電流和電壓變化量均相等，其輸出電壓仍然為零。

它的放大作用輸入信號(hào)主要有兩種類(lèi)型：共模信號(hào) 和 差模信號(hào)。

雖然運(yùn)放電路為典型的雙端輸入、單端輸出的三端器件，但上文所述多為單端應(yīng)用（即一端用于信號(hào)輸入，一端接地），由此可以看出任一信號(hào)回路的兩端特性，一端接地，一端即信號(hào)。就同相放大器而言，信號(hào)輸入同相端，反相器必有接地回路；就反相放大器而言，信號(hào)從反相輸入端進(jìn)入，則同相端即為接地端。由接地回路的不同，甚至也可以判斷放大器類(lèi)型為同相放大器亦或反相放大器。

如果有兩路輸入信號(hào)，分別從兩個(gè)輸入端同時(shí)輸入，即雙端輸入，單端輸出的工作模式，即為差分放大器（亦名減法器）。

圖1 差分放大器的基本電路形式

差分放大器，據(jù)從輸入、輸出方式的不同，可分為雙端輸入、雙端輸出；雙端輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出，單端輸入、單端輸出等多種電路形式，其中就運(yùn)放器件電路構(gòu)成的差分放大器而言，雙端輸入、單端輸出的電路形式應(yīng)用廣泛。

差分放大器的電路優(yōu)點(diǎn)：放大差模信號(hào)抑制共模信號(hào)，在抗干擾性能上有“過(guò)人之處”，這與其電路結(jié)構(gòu)是分不開(kāi)的?？梢杂脙芍蝗龢O管電路搭建一個(gè)如圖1中的a電路，說(shuō)明差分放大器的電路特性。

（1）對(duì)單電源供電的放大器電路，其輸出端（即Q1\Q2的C極）靜態(tài)工作點(diǎn)為1/2Vcc最為適宜，能保障其最大動(dòng)態(tài)輸出范圍。只要RC1、RB1等偏置元件取值合適，則可使UC1、UC2的靜態(tài)電壓為2.5V，即靜態(tài)差分輸出電壓2.5V－2.5V＝0V；

（2）電路設(shè)計(jì)盡可能使Q1、Q2的靜態(tài)工作參數(shù)一致，二者構(gòu)成“鏡像”電路，RE為電流負(fù)反饋電阻，其直流電阻小，動(dòng)態(tài)電阻極大（流過(guò)的電流近乎恒定），以提升電路的差分性能。

（3）當(dāng)IN+=IN－時(shí)，或者二者信號(hào)電壓同步升降時(shí)，OUT+、OUT-端電壓也在同步升降，且升、降幅度相等，其輸差分輸出值仍會(huì)為0V。如二路輸入信號(hào)在靜態(tài)基礎(chǔ)上產(chǎn)生了Q1、Q2基極電流的同樣增量，則集電極電壓會(huì)產(chǎn)生下降，如由2.5V降低為1.5V時(shí)，則UC1-UC2=1.5V－1.5V＝0V，這說(shuō)明電路對(duì)共模輸入信號(hào)不予理會(huì)，具備優(yōu)良的抗干擾性能。

眾所周知，RS485通訊電路，就是利用差分總線傳輸方式，產(chǎn)生了強(qiáng)有力的抗干擾效果。

（4）當(dāng)IN+、IN－輸入信號(hào)在靜態(tài)基礎(chǔ)上有相對(duì)變化，即IN+-IN-≠0時(shí)，如IN+輸入電壓往正方向變化時(shí)，OUT-會(huì)往負(fù)方向變化（同時(shí)OUT+會(huì)往正方向變化），使得兩個(gè)輸出端反向偏離2.5V產(chǎn)生了信號(hào)輸出。當(dāng)OUT-為1.5V，OUT+為3.5V時(shí)，此時(shí)使產(chǎn)生了2V的信號(hào)電壓輸出。

說(shuō)明電路對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行了有效放大。差分放大器是有選擇性的放大器，忽略共模干擾，放大有用信號(hào)。

圖1中的b電路，是用運(yùn)放器件構(gòu)成的差分放大器。圖中明顯看到，無(wú)論輸入信號(hào)是2.5V或5V，只要IN1=IN2，OUT端即是0V。從此角度和意義上來(lái)講，當(dāng)差分放大器的偏置元件R1=R3，R2=R4時(shí)，并且IN1=IN2時(shí)，其輸出端是“虛地”的。

雙端輸入、單端輸出差分放器的輸出端為何會(huì)呈現(xiàn)“虛地”特性呢？

圖2 差分放大器工作狀態(tài)圖

上圖a電路，是輸入信號(hào)IN1=IN2的狀態(tài)。

（1）因輸入端的“虛斷”特性，同相輸入端為高阻態(tài)，其輸入電壓值僅僅取決于R1、R2分壓值，為2V。同相輸入端的2V電壓可以看作成為輸入端比較基準(zhǔn)電壓；

（2）因兩輸入端的“虛短”特性，可進(jìn)而推知其反相輸入端，即R3、R4串聯(lián)分壓電路，其b點(diǎn)=a點(diǎn)=2V。這是反饋電壓。放大器的控制目的是使反饋電壓等于基準(zhǔn)電壓；

（3）由R1=R3，R2=R4條件可知，放大器輸出端只有處于“虛地”狀態(tài)，即輸出端為0V，才能滿足b點(diǎn)=a點(diǎn)=2V，這可以由此導(dǎo)出差分放大器的一個(gè)工作特征。

上圖b中的（1）電路，是IN1》IN2的狀態(tài)。

（1）此時(shí)因同相輸入端電壓高于反相輸入端，輸出端電壓往正方向變化，其R3、R4偏置電路中的電流方向如圖所示；

（2）由R3、R4的阻值比例可知，R3兩端電壓降為（2.8V－1.5V）/10k，則R4兩端電壓降為1.3V×4=5.2V，輸出端電壓為2.8V+5.2V＝8V。

（4）此時(shí)的輸入電壓差為IN1-IN=2V，輸出電壓為8V。顯然，該差分放大器的差分電壓放大倍數(shù)=R4/R3 是4倍壓差分放大器。由此可以推知差分放大器的差分輸入放大倍數(shù)為 （1N1-IN2） ×R4/R3 =-OUT

上圖b中的（2）電路，是IN1《IN2的狀態(tài)。

此時(shí)因反同相輸入端電壓高于同相輸入端，輸出端電壓往負(fù)方向變化，其R3、R4偏置電路中的電流方向如圖所示。同樣，依R3、R4的阻值比例可推知，在此輸入條件下，輸出端電壓為-8V，電路依然將輸入差分信號(hào)放大了4倍。

從電路的工作（故障）狀態(tài)判斷來(lái)說(shuō)，直接測(cè)量R3、R4串聯(lián)電路的分壓狀態(tài)，只要R3、R4串聯(lián)分壓是成立的，則電路就大致上（起碼運(yùn)放芯片）就是好的；電路的電壓放大倍數(shù)也由此得出；只要測(cè)量輸入電壓差（R1、R3左端電壓差），再測(cè)量輸出端電壓進(jìn)行比較，則外圍偏置電路的好壞，也會(huì)得出明確的結(jié)論。

差分放大器的應(yīng)用

差分運(yùn)算放大電路，對(duì)共模信號(hào)得到有效抑制，而只對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大，因而得到廣泛的應(yīng)用。

目標(biāo)處理電壓：是采集處理電壓，比如在系統(tǒng)中像母線電壓的采集處理，還有像交流電壓的采集處理等。

差分同相/反相分壓電阻：為了得到適合運(yùn)放處理的電壓，需要將高壓信號(hào)進(jìn)行分壓處理，如圖中V1與V2兩端的電壓經(jīng)過(guò)分壓處理，最終得到適合運(yùn)放處理的電壓Vin+與Vin-。