差分放大電路在電子技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)著重要地位,其具備諸多突出優(yōu)點(diǎn),使其成為眾多精密信號(hào)處理場(chǎng)景的首選電路架構(gòu)。
首先,卓越的共模干擾抑制能力是差分放大電路最為顯著的優(yōu)勢(shì)之一。如前文所述,共模干擾作為同時(shí)施加在兩個(gè)輸入端、且幅度與相位相同的干擾信號(hào),在電子系統(tǒng)中極為常見(jiàn)。像工業(yè)環(huán)境下的工頻電磁場(chǎng)、電子設(shè)備內(nèi)部復(fù)雜的電磁耦合等,都容易產(chǎn)生這類(lèi)干擾。在普通單端放大電路中,共模干擾會(huì)毫無(wú)阻礙地隨著有用信號(hào)一同進(jìn)入放大流程,最終導(dǎo)致輸出信號(hào)夾雜大量噪聲,嚴(yán)重偏離原始有用信號(hào)的特征。然而,差分放大電路卻能巧妙化解這一難題。
由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與工作原理,僅對(duì)兩個(gè)輸入端信號(hào)的差值進(jìn)行放大,當(dāng)共模干擾到來(lái)時(shí),同相輸入端信號(hào)變?yōu)椋聪噍斎攵诵盘?hào)變?yōu)椋?jì)算差值,可以清晰地看到共模干擾信號(hào)在相減過(guò)程中被完全抵消,輸出信號(hào)幾乎不會(huì)受到共模干擾的沾染,從而確保了信號(hào)的純凈度,為后續(xù)高精度的信號(hào)處理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
其次,差分放大電路擁有較高的共模抑制比(CMRR)。共模抑制比是衡量該電路性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo),其定義為差分放大電路對(duì)差模信號(hào)的放大倍數(shù)與對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)之比,用公式表示為,其中是差模放大倍數(shù),是共模放大倍數(shù)。一個(gè)精心設(shè)計(jì)、性能卓越的差分放大電路,其 CMRR 值能夠達(dá)到相當(dāng)高的水平,這意味著它在高效放大有用的差模信號(hào)的同時(shí),能夠?qū)⒐材P盘?hào)的放大抑制到微乎其微的程度。
在許多科學(xué)研究、精密測(cè)量場(chǎng)景中,傳感器所采集到的信號(hào)往往極其微弱,可能僅有微伏甚至納伏級(jí)別。差分放大電路基于其對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)和差值放大原理,能夠有效地將這些微弱信號(hào)進(jìn)行放大,而且由于其對(duì)共模干擾的強(qiáng)抑制特性,在放大過(guò)程中不會(huì)引入過(guò)多噪聲,從而保證放大后的信號(hào)依然具有較高的信噪比。
另外,差分放大電路的穩(wěn)定性較高。一方面,其內(nèi)部的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)使得電路在溫度、電源電壓等外界因素發(fā)生變化時(shí),兩個(gè)放大支路能夠保持相對(duì)一致的性能變化趨勢(shì),相互補(bǔ)償,從而維持整體電路性能的穩(wěn)定。例如,當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),兩個(gè)晶體管的參數(shù)雖然都會(huì)發(fā)生改變,但由于它們性能相近且電路對(duì)稱(chēng),對(duì)差模信號(hào)放大的影響能夠相互抵消一部分,不至于使輸出信號(hào)出現(xiàn)大幅波動(dòng)。另一方面,通過(guò)合理設(shè)計(jì)偏置電路,能夠進(jìn)一步優(yōu)化晶體管的工作狀態(tài),使其在不同工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行,持續(xù)輸出穩(wěn)定、高質(zhì)量的放大信號(hào)。
綜上所述,差分放大電路憑借其出色的共模干擾抑制能力、高共模抑制比、對(duì)微弱信號(hào)的卓越放大效果以及高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于精密測(cè)量、音頻處理、通信、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域,有力推動(dòng)了電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。
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共模抑制比
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電子管差分放大電路設(shè)計(jì)及優(yōu)勢(shì)解析

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