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6个公式搞懂全差分放大器如何工作

时间:2019-09-27 作者:Ron Mancini 阅读:
全差分放大器与运算放大器相似,但又不完全相同。若同时使用两个输入,该电路就充当差分输入/差分输出放大器。若使用两个输入中的任何一个(另一个输入接地),该电路就是充当单端输入/差分输出放大器。

全差分放大器和运算放大器相似,但不完全相同。在推导全差分放大器传递公式时,必须考虑输入电压和两个输出电压。可以使用图1中的全差分放大器电路来推导传递公式。公式1是放大器公式,其中a是放大器增益,公式2和3是放大器输入节点公式。

equation-F1-20190927.jpg
图1:如果一个输入接地,该电路将单端信号转换为差分信号。

equation-E1-20190925.jpg

将公式2和3代入公式1,合并各项,假设R1 = R3、R2 = R4,得到公式4:

equation-E2-20190925.jpg


equation-E3-20190925.jpg


equation-E4-20190925.jpg

当a远远大于(R1 + R2)时,公式4简化为公式5:


equation-E5-20190925.jpg

若同时使用两个输入,该电路就充当差分输入/差分输出放大器。若使用两个输入中的任何一个(另一个输入接地),该电路就是充当单端输入/差分输出放大器。 公式5说明了单端至差分信号转换的简便性:只需连接四个电阻,即可通过调节R2/R1电阻比来获得信号增益。有了全差分放大器,就不需要用两个或三个运放组合来实现单端至差分输出的转换器了。与运算放大器配置相比,它还有其它优点:速度更快,成本更低,所需空间更小,功耗更低。

利用公式6可以计算共模输出电压VOCM

equation-E6-20190925.jpg

注意,当R1和R2匹配时,共模输出电压变为零。最好用匹配电阻实现全差分放大器,以消除共模电压。薄膜电阻器是低价位匹配电阻器的最佳选择。随着全差分放大器的普及,越来越容易得到具有不同增益配置的低成本匹配膜电阻器组。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN网站,参考链接:Developing equations for fully differential amplifiers,由Jenny Liao编译。)

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