【常熟理工学院】差分放大电路 蓝猫

差分放大电路测试仪

摘要

   简述一种典型的差分输入差分输出放大电路的设计、仿真和测试方法，讨论其设计原理及需要解决的问题。重点讲述差分滤波器的设计和计算，指出与单端放大电路在设计和测试中的不同之处，并结合实际工作中的经验，就直流信号和交流信号的测试分别给出了一种简易案例。

   与普通单端放大器相比，差分放大器可以有效抑制输入信号中的共模噪声和地线电平电压浮动对电路的影响，因此，在工业应用中广受青睐。差分放大器中以仪表放大器应用最为广泛。随着技术的发展， 支持差分输入的ADC、MCU 越来越多，由于差分传输能更好地抑制共模干扰， 信号传输距离更远， 越来越多的场合将使用差分传输。但是， 一般的仪表放大器仅支持单端输出。

   因此,采用双运放搭建了一种差分输入差分输出放大电路。与普通的单端放大电路相比，差分放大电路在设计、分析、仿真和测试中有许多不同之处， 而这些知识在一般的模拟电路教材中很少介绍。

关键字： 放大电路 共模 运放 差分放大器

一、 方案论证

设计方案有二：利用单片机进行DA输出，从而得到正弦波，再进一步得到差分信号和共模信号；另一种方案通过洞洞板接上可变电阻，电容，反向器，51单片机输出可调正弦波。

方案一设计主要分成两个部分：一个差分信号源和一个三极管差分放大电路，差分信号源由51单片机配合上定时器，DAC输出，按键，数码管构成，利用定时器控制正弦波的频率，利用DAC将数字量转换成模拟量输出一个幅值和频率课调的正弦波;另一部分是由三极管S9013搭建的差分式放大电路 ，通过测量对差分信号的参数进行测量。

方案二主要用51单片机通过定时器的控制输出PWM方波，再经过可变电阻的分压，电容的滤波形成正弦波，再通过反向器形成差分信号或共模信号。

比较：考虑到电容滤波得到的正弦波可能不能达到实验所需的精度，对比DAC输出更加方便控制波形的振幅和频率，故本次实验采用了方案一。

放大电路：路测试端，J1、J2、J3、J4使用排针引出，方便使用鳄鱼夹，电源供电，测试端使用排母，方便电源正负极接入。同时预留一接地端。在电路pcb板中电源线使用25mil，元器件间连接使用15mil。

二、 理论分析

相关公式：

三、 电路与程序设计

51单片机=》DAC输出

Multisim仿真

程序设计：

在keil上编写以下程序：

1）计算获取正弦波数据表；

2) 根据正弦波数据表的周期内点数和周期计算定时器触发间隔；

3) 初始化 DAC 输出通道，初始化 DAC 工作模式；

4) 配置触发 DAC 用的定时器；

配置完成后，即可在D/A口引脚中检测到信号输出。

四、 测试方案与测试结果

数据测量方案：

采用控制变量法：（1）在相同频率的情况下，将振幅从100mv以100mv      进行递进，观察其饱和值范围，在多少振幅下会失真；

（2）在相同振幅下改变频率，以倍数10进行递进，取       100HZ到1MHZ的频率得到幅频特性曲线，再取其振幅的70%得到相         应的带宽。

测试结果：

测试发现：示波器在共模输入时经过MATH+运算形成一条直线；

    示波器在差模输入时经过MATH-运算形成一条正弦波。

结论：差分放大电路可以抑制温漂，但是由于元器件工艺方面，会产生一定 的误差，所以在误差允许的范围内是可以满足说明差分电路可以抑制零点漂移的。