差分運放應用-運算放大器結構放大電路-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-08-12
運放輸入模型
按照運放模型，比較全面的梳理出運放的基本模型：就是差模信號和共模信號的疊加。
虛短概念
理想運放要注意虛斷和虛短。運放的同相端輸入和反相端輸入相等。
理想運放開環增益無窮大，實際略小，大部分在100dB（100000）倍左右，按這個增益，要讓輸出變化3V，同相反相輸入端只需30uV的壓差即可，如果加上紋波、噪聲等干擾信號，同相反相端基本上無變化。引入反饋，做閉環，同相反相端的電壓差忽略不計。
差模輸入和共模輸入
在應用中，運放可以輸入差模信號，也可以輸入共模信號，共模信號大部分來自噪聲，最核心的愿景是：共模被抵消，差模被放大。
輸入電壓范圍（Vin或Vcm）
運算放大器輸入范圍比較復雜，理論上來講，同相端和反相端模擬輸入在電源的正軌到負軌之間都能滿足，運放的上下管大致對稱，大部分時間，取運放的共模輸入電壓Vcm為1/2 Vdd。這樣，運放主要工作在線性區。
小信號檢測方法
運算放大器用來做電流小信號采集時，往往會面臨信號該如何采集、是采用高邊電流檢測還是采用低邊電流檢測的問題。
由于傳感器信號主要是通過施加電壓差做為輸出，信號的差值電壓很小，而且會產生布局布線引起的EMI和共模干擾、溫度漂移等問題。把運放的同相端和反相端當做車廂，只要傳感器信號給定在這中間，相對的干擾就會小很多。傳感器的信號存在壓差，避免運放異常飽和，引入差分放大器。
基于成本考慮，行業之內，大部分設計還會采用普通運放，基于減法器的模型，搭建一個差分放大器。
差分放大器的原理就像照鏡子，物理學上的說法稱作鏡像，講究對稱和平衡，只有做到兩邊一模一樣，效果才會最佳。為了這個目的，工程師就需要在模擬前端做阻抗匹配。而由于各點參考源不同，阻抗又有誤差，完全阻抗匹配往往非常困難。
下圖是一個經典的差分運放，通過輸出靜默電壓Uoz，用KCL去求解同相輸入和反相輸入阻抗，結果差異很大。
介紹一下確定上圖中各電阻的值的方法：
首先，按照鏡像原理，偏置電流也按照相同的倍數放大，即可求出4個電阻之間的關系；確定R1則需要查運放的幾個限制條件，阻值需滿足：大于瞬時輸出電壓/最大輸出電流、小于輸入失調電壓/輸入偏置電流，還要注意熱噪聲影響等等。
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