从零学运放—17 运放开发板差分放大电路仿真

从零学运放—17 运放开发板差分放大电路仿真

        我们今天做下，差分放大相关几个常用电路的仿真。

        仿真图下

        只要涉及到双电源供电，直流信号相对来说很容易的，左边输入10mV信号，我们看下仿真。

        我们输入的反相端是10mV，同相端是0伏，因为反相端的电压高，所以它输出的是负压，然后放大10倍，那么理论应该是负100mV的输出，但是我们看到是负67.158毫伏，为什么呢?来我们把仿真电路变化一下，如下图。

        这里我们把反相输入端和同相输入端同时输入相等的直流信号看下。仿真结果如下图

        我们看到，在输入信号相等时，我们的输出还有35.891mV的输出，这个输出结果是由于我们运放自身的失调电压放大导致的结果，LMV821系列的芯片失调电压在1mV—5mV之间的，所以从这个放大出来的结果看，失调电压处在3.5mV这个位置左右。

        那么我们上边的负压其实就是受这个失调电压的影响，那么我们可以知道上边是-67.158，如果再加上这个偏置电压导致的误差也就是100mV左右了。当然这其中还有偏置电流的误差参杂在里边。注意失调电压是导致放大结果增大。

        我们可以下去分别把相应的端增大或者降低，不过差值放大出来的必须要小于我们的电源轨，也就是输入输出必须有个范围的。

        这个电路跟前面电路的差异就是电源上的差异，前面的是正负双电源，这个是5伏的单电源，那么这里就要注意了，一定要保证负相端电压不能高于正相端电压，运放才能输出，因为是单电源供电嘛，是不能输出负压的。仿真电路如下。

        下图是仿真结果，10mV的差分放大

        结果是132毫伏往上，那么这个32毫伏主要是因为运放自身的失调电压被放大导致的。一定要注意，这里同相端输入必须大于反相端，否则是没有输出的，因为是单电源供电。大家可以下去试试。

        这个电路跟前边的电路区别就是，两个耦合电容的加入，我们来看下，下边是仿真电路。

        这里我们反相端是个20mV的输入，同相端是100mV的输入，那么差值是80mV，放大10倍，那就是800mV这样一个理论值，我们看下实际波形。

        我们看到实际输出是798mV左右，这个误差还是蛮小的，因为是双电源供电的，所以说同相端可以比反相端大，反相端也可以比同相端大，这个都没有关系的。这个电路跟前两个电路单电源直流信号和双电源直流信号区别就是多了两个耦合电容进来，其它没有区别（还有一个区别信号源不一样）。

        仿真电路图如下

        那么我们这里牺牲了一路运放，来给同相端提供了一个偏置电压源，这个的好处是1、做了隔离，2、降低了输入阻抗的影响。同样同相端给100mV，反相端给20mV我们来看下波形。

        图中恰好有个2.5伏的偏置点，因为一个Div是1伏，那么静态工作点恰好在这个2.5伏上。放大后的值是796mV，差不多也是800mV稍微有那么一点误差。R4下边我们给了一个2.5伏，就是说它是单电源供电，进来之后让这个信号工作电源的中间，我们是5伏供电，我们让他工作在2.5伏，那么这个2.5伏怎么去给?是通过两个电阻分压，经过一个跟随器这样给到R4这一端。有人会问不用跟随器可不可以，那我们来测试下。仿真电路如下图

        诶！我们发现，我们不加跟随也是可以的。但是我们在实际的工作中，最好加跟随，因为加跟随是肯定最好的方式。那么如果通过电阻分压给偏置，如果是反馈那一端的话，一定要加跟随的，如果两个电阻分压供给反相端偏置，这两个电阻分压出来的内阻会参与到网络中，增益会无法计算，所以说我们在任何时候，要有意识的把跟随加上。一个典型的例子就是我们在同相放大，单电源供电交流信号电路2反馈端提供的偏置电压就必须用跟随器来提供。

        以上就是我们板子上电路的仿真课程。

        接下来说下我们在板子实际测试的时候我们可以测试的一些内容。

        1、对运放电源供电纹波的测试，我们拿同相放大双电源供电直流信号电路来说下。我们可以测下如下图两点的纹波做下对比。

        在实际测试中呢，电源没有经过RC滤波之前电源纹波大概是40mV，经过RC滤波之后是8mV。电源负端我们也可以去测下，对纹波做个比较。

        2、我们实际去理解下，什么叫虚短和虚断。我们实际的测试一下反相端和同相端的电压。如下图点位

        就是说经过实际的测试，这两个端的电压是大概的相近的，不是完全相等的。就是说器件它是相近的值不是完全相等的值。就是说我们经过实际的测试来理解下虚短概念。

        3、测试下运放的失调电压，那怎么测呢?我们还是以上边电路为例。同相端电阻（9.1K）接地（这个电阻就是替换R3就可以），把C5电容去掉，R13断开，然后我们去看下通过这个电阻下拉接地，放大10倍的话，输出电压为多少?如下图

        然后输出电压假如是30mV的话，放大10倍，那么30/10,那么失调电压就是3mV，我们测下实际的值跟芯片手册做个对比。

        4、我们做一个增益带宽积的测试，这里我们用同相放大，双电源供电交流信号这个电路。我们放大倍数是10倍，固定一个信号，比如我们固定100mVpp，我们去变频率1K 10K 100K 1M然后我们去看，幅值不变，频率在变然后看输出，然后什么时候它会失真，然后和手册做对比。

        12伏检测电路，对于大的直流信号没有要求，那么我们可以用LMV358这个芯片。12伏通过电阻R103和R104进行分压进入运放，分成2伏然后给运放同相端做个跟随，然后直接输入给单片机采集，因为这个358芯片它其实是2通道的，还有一路这里做了兼容，把ADC_IN1给到另一路运放，然后做一个差分放大，其实是没有放大应该算是抑制共模干扰。然后输给单片机的另一个脚。这个对初学者还是比较难的，第一个是同相放大器，第二个是差分放大器。

        这里的TVS管加不加都是没有关系的（D18），因为供电就3.3伏，单片机输入引脚也是可以达到3.3伏的，而且这种管子容易坏，但是加是有好处的，如果输入端R104漏焊了，那么这个12伏就进到运放了，不仅坏了芯片，单片机也会烧毁的。

        如果大家做过工控仪表的话，这个电路可能会用的到，箭头处框出是一个产生恒流源电路，产生一个0.5mA的恒流源，其实像我们在工作中，比如电压转电流这种形式是比较多的。

        这个电压转电流的电路是常用的，它是从差分放大电路演变过来的。

        这里的RL反馈电阻变成了负载，它的电流就是IN的输入电压除以RS这个电阻就是这个电路的恒流。但是这种类型的几乎不用的，缺点就是负载浮地。

        这是反相的电压电流转换电路。RL反馈电阻变成了负载，就是说流过这个负载的恒流是输入电压除以RS电阻就是流过RL负载上的电流，那么怎么计算呢?还是通过虚短和虚断，我们同相端0伏，反相端也是0伏，RS和RL中间点电压也是0伏，然后流过RS和RL(负载电阻)上的电流是一样的。我们求出RS上电流也就求出了RL上的电流，也就是这个电路上的恒流。这种电压转电流转换电路，对我们分析电路是非常有帮助的。这种电路用的也特别少。

到此本章内容结束！

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