差分放大器是什么？是如何定義的？

一般情況下，在將運(yùn)算放大器的輸入端連接到放大器，使用“反相”或“非反相”輸入端放大單個輸入信號，而另一個輸入端接地。英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師表示，由于標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器具有反相和無反相兩個輸入，因此我們也可以同時將信號連接到這兩個輸入，從而產(chǎn)生另一種常見的運(yùn)算放大器電路，稱為差分放大器。

基本上，由于其輸入配置，所有運(yùn)算放大器都是“差分放大器”。但是，通過將一個電壓信號連接到一個輸入端子上并將另一電壓信號連接到另一個輸入端子上，所得輸出電壓將與V 1和V 2的兩個輸入電壓信號之間的“差”成比例。

然后，差分放大器放大兩個電壓之間的差，從而使這種類型的運(yùn)算放大器電路成為減法器，而不像求和放大器那樣將輸入電壓相加或求和。這種運(yùn)算放大器電路通常稱為差分放大器配置，如下所示：

通過將每個輸入依次連接到0v接地，我們可以使用疊加來求解輸出電壓Vout。然后，差分放大器電路的傳遞函數(shù)為：

當(dāng)電阻R1 = R2和R3 = R4時，上述差分放大器的傳遞函數(shù)可以簡化為以下表達(dá)式：

差分放大器公式

如果所有電阻均具有相同的歐姆值，即：R1 = R2 = R3 = R4，則電路將變?yōu)閱挝辉鲆娌罘址糯笃?，并且放大器的電壓增益將恰好?或1。那么輸出表達(dá)式將簡單地為Vout = V 2 – V 1。

還要注意，如果輸入V1高于輸入V2，則輸出電壓之和為負(fù)，如果V2高于V1，則輸出電壓之和為正。

該差分放大器電路是一個非常有用的運(yùn)算放大器電路，并通過與所述輸入電阻器并聯(lián)增加更多的電阻器R1 和 R3，所得電路可以要么“添加”或“減去”的電壓施加到它們各自的輸入上。這樣做的最常見方法之一是將“電阻橋”(通常稱為惠斯通電橋)連接到放大器的輸入，如下所示。

惠斯通電橋差分放大器電路

現(xiàn)在，標(biāo)準(zhǔn)差分放大器電路通過將一個輸入電壓與另一個輸入電壓進(jìn)行“比較”，從而成為差分電壓比較器。例如，通過將一個輸入連接到在電阻橋網(wǎng)絡(luò)的一個分支上建立的固定參考電壓，而將另一輸入連接到“熱敏電阻”或“光敏電阻”，則放大器電路可用于檢測低或高當(dāng)輸出電壓成為電阻橋的活動引腳的變化的線性函數(shù)時，溫度或光的水平將變化。

差分放大器

差分放大器是能把兩個輸入電壓的差值加以放大的電路。能把兩個輸入電壓的差值加以放大的電路，也稱差動放大器。這是一種零點(diǎn)漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。

它可以是平衡(術(shù)語"平衡"意味著差分)輸入和輸出，也可以是單端(非平衡)輸入和輸出，常用來實(shí)現(xiàn)平衡與不平衡電路的相互轉(zhuǎn)換，是各種集成電路的一種基本單元。

工作原理

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(即一端用于信號輸入，一端接地)，由此可以看出任一信號回路的兩端特性，一端接地，一端即信號。就同相放大器而言，信號輸入同相端，反相器必有接地回路;就反相放大器而言，信號從反相輸入端進(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型為同相放大器亦或反相放大器。

如果有兩路輸入信號，分別從兩個輸入端同時輸入，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)。

差分放大器的特點(diǎn)

(1)對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，動態(tài)電阻極大(流過的電流近乎恒定)，以提升電路的差分性能。

(3)當(dāng)IN+=IN-時，或者二者信號電壓同步升降時，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為0V。如二路輸入信號在靜態(tài)基礎(chǔ)上產(chǎn)生了Q1、Q2基極電流的同樣增量，則集電極電壓會產(chǎn)生下降，如由2.5V降低為1.5V時，則UC1-UC2=1.5V-1.5V=0V，這說明電路對共模輸入信號不予理會，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-輸入信號在靜態(tài)基礎(chǔ)上有相對變化，即IN+-IN-≠0時，如IN+輸入電壓往正方向變化時，OUT-會往負(fù)方向變化(同時OUT+會往正方向變化)，使得兩個輸出端反向偏離2.5V產(chǎn)生了信號輸出。當(dāng)OUT-為1.5V，OUT+為3.5V時，此時使產(chǎn)生了2V的信號電壓輸出。

功率放大器，簡稱功放，用于增強(qiáng)信號功率以驅(qū)動音箱發(fā)聲的一種電子裝置。不帶信號源選擇、音量控制等附屬功能的功率放大器稱為后級。

前置放大器 ，功放之前的預(yù)放大和控制部分，用于增強(qiáng)信號的電壓幅度，提供輸入信號選擇，音調(diào)調(diào)整和音量控制等功能。前置放大器也稱為前級。

前置放大器的作用是將激光唱機(jī)、電唱盤、磁帶卡座、調(diào)諧器等送來的信號進(jìn)行各種處理與放大，以便為功率放大器準(zhǔn)備適宜的電信號，同時它可具有音量調(diào)節(jié)、音調(diào)調(diào)節(jié)等功能。功率放大器的作用是將前置放大器送來的信號，放大到足夠推動相應(yīng)揚(yáng)聲器所需的功率。

功率放大器的分類

功率放大器電路的劃分主要是由功放級輸出電路形式來決定，常見的音頻功率放大器主要有下列幾種：

(1) 變壓器耦合甲類放大器電路主要用于電子管放大器中;

(2)變壓器耦合推挽功率放大器電路主要用于一些輸出功率較大的電子管放大器中;

(3)OTL功率放大器電路主要用于一些輸出功率較小的放大器中;

(4)OCL功率放大器是一種常用的放大器電路，常用于一些輸出功率要求較大的功率放大器中;

(5)BTL功率放大器電路主要用于一些要求輸出功率更大的場合。 OTL、OCL和BTL功率放大器電路主要用于晶體管放大器中。

傳統(tǒng)的數(shù)字語音回放系統(tǒng)包含兩個主要過程：

(1)數(shù)字語音數(shù)據(jù)到模擬語音信號的變換(利用高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC)實(shí)現(xiàn);

(2)利用模擬功率放大器進(jìn)行模擬信號放大，如A類、B類和AB類放大器。從1980年代早期，許多研究者致力于開發(fā)不同類型的數(shù)字放大器，這種放大器直接從數(shù)字語音數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)功率放大而不需要進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，這樣的放大器通常稱作數(shù)字功率放大器或者D類放大器。

A類放大器：

A類放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的工作點(diǎn)Q設(shè)定在負(fù)載線的中點(diǎn)附近，晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)均導(dǎo)通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內(nèi)，所以瞬態(tài)失真和交替失真較小。電路簡單，調(diào)試方便。但效率較低，晶體管功耗大，效率的理論最大值僅有25%，且有較大的非線性失真。由于效率比較低。

B類放大器：

B類放大器的主要特點(diǎn)是：放大器的靜態(tài)點(diǎn)在(VCC，0)處，當(dāng)沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內(nèi)，Q1導(dǎo)通Q2截止，輸出端正半周正弦波;同理，當(dāng)Vi為負(fù)半波正弦波，所以必須用兩管推挽工作。其特點(diǎn)是效率較高(78%)，但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內(nèi)，故其缺點(diǎn)是“交越失真”較大。即當(dāng)信號在-0.6V~ 0.6V之間時，Q1、Q2都無法導(dǎo)通而引起的。所以這類放大器也逐漸被設(shè)計師摒棄。

AB類放大器：

AB類放大器的主要特點(diǎn)是：晶體管的導(dǎo)通時間稍大于半周期，必須用兩管推挽工作?？梢员苊饨辉绞д妗＝惶媸д孑^大，可以抵消偶次諧波失真。有效率較高，晶體管功耗較小的特點(diǎn)。

D類放大器：

D類(數(shù)字音頻功率)放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號,然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關(guān)放大器。具有效率高的突出優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字音頻功率放大器也看上去成是一個一比特的功率數(shù)模變換器.放大器由輸入信號處理電路、開關(guān)信號形成電路、大功率開關(guān)電路(半橋式和全橋式)和低通濾波器(LC)等四部分組成。D類放大或數(shù)字式放大器。系利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關(guān)電路來放大音頻信號的。

優(yōu)點(diǎn)：

(1)具有很高的效率，通常能夠達(dá)到85%以上;

(2)體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間;

(3)無裂噪聲接通;

(4)低失真，頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件少，便于設(shè)計調(diào)試。

關(guān)于差分放大器，請注意以下幾點(diǎn)：

差分放大器 (DA) 是使用至少兩個晶體管的雙輸入端器件。有兩個輸出端子標(biāo)記為 1(v out 1 ) 和 2 (v out 2 )。

晶體管Q 1和Q 2匹配使得它們的特性相同。集電極電阻(R C1和 R C2)也相等。匹配電路元件的相等性使DA電路布置完全對稱。

我們可以通過以下兩種方式將信號應(yīng)用于差分放大器：

a) 信號加到 DA 的一個輸入端，另一個輸入端接地。在這種情況下，它被稱為單端輸入排列。

b) 信號應(yīng)用于 DA 的兩個輸入端。在這種情況下，它被稱為雙端或雙端輸入排列。

4.我們可以通過以下兩種方式從DA獲取輸出：

a) 輸出可取自輸出端子之一和接地。在這種情況下，它被稱為單端輸出排列。

b) 輸出可以在兩個輸出端之間(即Q 1和Q 2的集電極之間)。在這種情況下，它被稱為雙端輸出排列或差分輸出。

5. 一般差分放大器(DA)為單端輸出工作。

差分放大器的操作

為簡單起見，這里將討論單端輸入和雙端輸出 DA 的操作。