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设计受控增益实用差分放大器

差分 Op-Amp 电路

无反馈的 Op-Amp 本身就是差分放大器,放大两输入电压差。但其增益不可控,通常过高无实用价值。迄今将负反馈应用于 Op-Amp 导致失去一个输入,仅能放大单一电压信号。稍加巧思,即可构建保留双电压输入且增益由外部电阻设定的 Op-Amp 电路。

设计受控增益实用差分放大器

若所有电阻相等,该放大器差分电压增益为 1。分析本质同反相放大器,不同之处在于 Op-Amp 同相输入 (+) 处于 V2 的一部分电压,而非直接接地。合理推断,V2 作为最终放大器同相输入,V1 作为反相输入。因此:

设计受控增益实用差分放大器

若需除 1 以外的差分增益,必须同时调整上下两个分压器电阻,需多处改动并平衡两分压器对称性,不切实际。

缓冲输入电压信号

此设计另一局限:输入阻抗较低,不及同相(单端输入)放大器。各输入信号源须驱动电流流过电阻,阻抗远低于裸 Op-Amp 输入。解决方案简单:用电压跟随器“缓冲”各输入信号:

设计受控增益实用差分放大器
现在 V1 和 V2 直接接两个电压跟随器 Op-Amp 输入,获得极高阻抗。左侧两 Op-Amp 负责驱动电流流过电阻,而非让输入信号源(无论何种)承担。电路复杂度微增,收益显著。

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