使用单运算放大器优化差动放大器性能

"差动放大器性能优化方法.pdf" 差动放大器是一种用于处理共模和差模信号的电路，尤其适用于在存在大共模信号的环境中提取微小的差模信号。在这种放大器的设计中，重点是提高共模抑制比（CMRR），以确保即使在共模信号波动时，也能准确地测量到差模信号。描述中提到，当使用集成仪表放大器（ INA）时，可以得到很好的CMRR，但它们可能因为成本、性能参数（如带宽、直流精度和功耗）而无法满足所有需求。 在这种情况下，可以使用单个运算放大器（Op-Amp）和外部电阻构建一个简单的差动放大器，以替代INA。图1展示了一个基本的单运算放大器差动放大器配置，其中传感器桥路连接到放大器。根据叠加原理，电路的输出电压（VOUT）是两个输入电压（V1 和 V2）差的函数，其传递函数可以用公式(1)表示。当电阻R1、R2、R3 和 R4完全匹配时，公式(1)可以简化为公式(2)，输出为VREF/2 + (V2 - V1)/2。 然而，实际应用中电阻很难做到完全匹配，这会导致共模抑制比降低。图2进一步解释了这种问题，显示了由于电阻匹配不理想导致的输出电压包含共模分量。为了优化差动放大器的性能，需要采取措施减少电阻匹配误差的影响，例如使用精密电阻或者采用温度补偿技术。 应用笔记AN-589中，作者Reza Moghimi提出了几种优化差动放大器性能的方法，这些方法可能包括但不限于： 1. **电阻匹配**：使用精确匹配的电阻，如金属薄膜电阻或薄膜电阻网络，以减少共模噪声。 2. **温度补偿**：考虑电阻随温度变化的影响，可能需要使用具有温度系数匹配的电阻，或者在设计中加入温度补偿电路。 3. **负反馈**：利用运算放大器的负反馈特性来稳定电路性能，提高共模抑制。 4. **运放选择**：选择具有高共模抑制比、宽带宽、低失调电压和低噪声的运算放大器，以适应具体应用的需求。 5. **电路布局**：注意电路板布局，减少噪声耦合和布线引起的电阻不匹配。 6. **增益设置**：通过调整电阻比例来设置差动放大器的增益，平衡信号大小和噪声抑制。 通过上述优化策略，可以创建一个性价比高的差动放大器，其性能可与集成仪表放大器相媲美。在选择运算放大器时，可以参考文中推荐的产品，考虑它们的性能指标是否满足系统要求。 优化差动放大器性能的关键在于减少电阻匹配误差、选择合适的运算放大器以及采用有效的电路设计和补偿技术。这样的优化不仅能够提高信号测量的准确性，还能降低成本，适应各种实际应用环境。