單片差分放大器是集成電路，包含一個(gè)運(yùn)算放大器（運(yùn)放）以及不少于四個(gè)采用相同封裝的精密電阻器。對(duì)需要將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)同時(shí)抑制共模信號(hào)的模擬設(shè)計(jì)人員而言，它們是非常有用的構(gòu)建塊。例如，圖1所示的INA134目的是用作適合差分音頻接口的線路接收器。
圖1：INA134差分線路接收器的簡(jiǎn)化內(nèi)部原理圖
雖然大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都感覺(jué)這種簡(jiǎn)單的構(gòu)件塊用起來(lái)非常輕松愜意，但筆者還是發(fā)現(xiàn)在使用它們時(shí)有一個(gè)方面經(jīng)常被忽視：差分放大器的兩個(gè)輸入端具有不同的有效輸入電阻。筆者所說(shuō)的“有效輸入電阻”指的是由內(nèi)部電阻器阻值和運(yùn)放的運(yùn)行產(chǎn)生的輸入電阻。
圖2展示了INA134的典型配置，具有標(biāo)記的輸入電壓和電流以及內(nèi)部運(yùn)放輸入節(jié)點(diǎn)處的電壓。
圖2：用于差分放大器有效輸入電阻分析的相關(guān)電壓和電流
對(duì)于每個(gè)輸入端，方程式1均將有效輸入電阻詮釋為：
讓我們先從比較容易的部分開(kāi)始：同相輸入端�？磮D2中的示意圖，您會(huì)發(fā)現(xiàn)R3和R4是串聯(lián)的。假設(shè)沒(méi)有電流進(jìn)入或離開(kāi)運(yùn)放輸入端，那么方程式2計(jì)算出的有效輸入電阻僅為：
現(xiàn)在，讓我們聚焦反相輸入端。回想一下理想的運(yùn)放規(guī)則：運(yùn)放的兩個(gè)輸入端應(yīng)始終處于相同的電勢(shì)（方程式3）：
您還可看到R3和R4在同相輸入端形成了一個(gè)分壓器。方程式4計(jì)算出的運(yùn)放同相輸入端（VP）電壓為：
這為什么很重要呢？哦，因?yàn)樵撾妷嚎刹糠譀Q定反相輸入端的有效輸入電阻。考慮到通過(guò)R1的電流（IIN（N））等于跨R1的電壓除以其電阻（方程式5）：
返回到方程式1，用方程式5代替輸入電流，您可得出方程式6 —— 一個(gè)可計(jì)算出反相輸入電阻的通用方程：
既然您知道反相輸入端的電壓（VN）將等于同相輸入端的電壓（VP），您就可用方程式4代替方程式6中的VN，得出方程式7：
注意，反相輸入端的有效輸入電阻實(shí)際上取決于兩個(gè)輸入端電壓的比率。要了解這如何能影響您的應(yīng)用，請(qǐng)考慮一個(gè)例子：在音頻線路接收器應(yīng)用里使用的INA134，其中兩個(gè)輸入端的電壓幅值相等但極性相反（方程式8）：
回過(guò)頭看一下方程式2，同相輸入端的有效輸入電阻是相當(dāng)簡(jiǎn)單的：
不過(guò)，兩個(gè)輸入端電壓的反相關(guān)系會(huì)對(duì)反相輸入端的有效輸入電阻產(chǎn)生重大影響（方程式9）：
反相輸入端的有效輸入電阻是同相輸入端有效輸入電阻的三分之一。因此，在選擇輸入耦合電容器和濾波電路時(shí)，您必須考慮到反相輸入端的阻抗較低。此外，任何驅(qū)動(dòng)差分放大器輸入端的放大器必須能驅(qū)動(dòng)反相輸入端較低的阻抗。
采用簡(jiǎn)單的電路，往往是其運(yùn)行的最基本方面會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中惹出麻煩。因此，請(qǐng)勿忽視顯而易見(jiàn)的東西！ |
