下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
2.4.4 差分输入放大电路应用实例
【例2.10】 如图2-30所示是采用LM324集成运算放大器构成的差分输入放大基本电路，电源电压为±12V。图中， R 1 = R 2 =10kΩ， R 3 = R F =100kΩ，故两信号之差的放大倍数为 R F / R 2 =100/10=10。从 u I1 和 u I2 处输入信号，从 u O 处输出信号。
图2-30 LM324集成运算放大器构成的差分输入放大基本电路
首先，加直流电压信号，用Proteus图形仿真功能，可以绘出电路的输入/输出关系图，从关系图上就可以求出放大倍数。每加一种直流电压信号，就看一次输出结果。经多次测试，可得出如下结论：当输入电压差（正相输入端接被减数信号，反相输入端接减数信号）太小（小于100mV）或太大（大于1150mV）时，电路就不能按给定的放大倍数（10）不失真地放大输入电压。
其次，加交流电压信号，如给 u I2 加幅度为1.4V、频率为1kHz的交流信号，给 u I1 加幅度为0.2V、频率为1kHz的交流信号，用Proteus图形仿真功能，可以绘出电路输入/输出关系图，如图2-31所示。从图可见，图中的蓝线 u I2 是1.4V交流电压输入线，黑线 u I1 是0.2V交流电压输入线，红线 u O 是对前两者之差放大了 10 倍的电压输出线。图中红线正弦波波形有失真，是因为其幅度超过11.5V。就这样由小到大地给两个输入端加入不同的交流信号，逐一检查输出情形，就可得出和加入直流信号时相同的结论，即：当输入电压太小（小于100mV）或太大（大于1150mV）时，电路就不能按给定的放大倍数（10）不失真地放大输入电压。注意，差分输入放大电路中，同相输入端接被减数信号，反相输入端接减数信号。如果同相输入端信号是正的，反相输入端信号是负的，结果被放大的是两信号之和。
图2-31 加交流电压信号时差分输入放大基本电路输入/输出关系图
现在我们知道，在这三种基本放大电路中，电路的放大倍数只取决于电路中两个电阻的比值。但并不是说只要得到相同比值，就能获得相应的放大倍数。前面说过，当放大电路中电阻取值过大时，不仅电阻稳定性变差、噪声变大，放大电路的比例系数也会变化。其实，电阻取值也不能过小，过小时放大电路的比例系数也会变化。放大电路的电阻阻值一般在几百欧到几百千欧之间。
【例2.11】 如图2-32所示是采用两个LM358集成运算放大器构成的高输入电阻的差分输入放大电路，电源电压为±12V。图中， R 11 = R F2 =40kΩ， R 21 = R F1 = R P1 = P P2 =10kΩ， R G =100kΩ，因为图中电阻阻值之间满足 R F2 = R 11 = R F ， R 21 = R F1 = R ，故电路的电压放大倍数可以用式（2-13）计算，把电阻值代入公式有
电路从in1和in2处输入信号，从 u O 处输出信号。
从in1和in2处分别加直流电压信号200mV和100mV，用Proteus交互仿真功能，可以测出电路的电压输出值，如图2-32所示。由图可见，显示的输入差分电压为+0.10V，显示的输出电压为-0.58V。输入差分电压恰好被放大了-5.8倍，实测结果与理论计算结果一致。
图2-32 由LM358集成运算放大器构成的高输入电阻的差分输入放大电路
【例2.12】
如图2-33所示是采用两个LM358集成运算放大器构成的高共模输入的差分输入放大电路，电源电压为±12V。图中，
R
11
=
R
22
=10kΩ，
R
21
=
R
F1
=2kΩ，
R
F2
=50kΩ，因为图中电阻阻值之间满足
R
11
=
R
22
=
R
1
，
，这里
n
=5。故电路的电压放大倍数可以用式（2-15）计算，把电阻值代入公式，有
电路从in1和in2处输入信号，从 u O 处输出信号。
从in1和in2处分别加直流电压信号100mV和200mV，用Proteus交互仿真功能，可以测出电路的电压输出值，如图2-33所示。由图可见，显示的输入差分电压为-0.10V，显示的输出电压为-0.50V。输入差分电压恰好被放大了5倍，实测结果与理论计算结果一致。
图2-33 由LM358集成运算放大器构成的高共模输入的差分输入放大电路
总结
（1）运算放大器，有“运算”和“放大”的功能，体现它“放大”的功能的有两类放大器。一类是普通运算放大器，它有三种基本放大电路形式，它们的放大倍数是由接在电路中的两个电阻的阻值比决定的；另一类是仪表放大器，这类放大电路的信号放大倍数是由接在电路中的一个电阻的阻值来决定的。
（2）普通运算放大器放大电路有三种输入方式：反相输入、同相输入、差分输入。这三种不同的输入方式形成三种基本放大电路，称为反相输入放大电路、同相输入放大电路、差分输入放大电路。这三种基本放大电路的性能和特点虽说各有不同，但它们的放大倍数都是由接在电路中的两个电阻的阻值比决定的。
（3）为了弥补这些放大电路功能上的不足，可以增加扩展功能电路。如反相输入放大电路，可用T形电阻网络电路和自举电路来增大反相输入放大电路的输入电阻。如差分输入放大电路，可扩展为高输入电阻的差分输入放大电路，也可扩展为高共模输入的差分输入放大电路。