問題：如何計算差分放大器電路的增益，如何分析差分放大器電路？

答案：如圖所示，差分放大電路分析的基本原則與普通運(yùn)算放大器中虛斷虛短原則相同，同時還具有其特有的分析原則：

差分放大器電路分析圖

1． 同向反向輸入端的電流為零，即虛斷原則。

2． 同向反相輸入端的電壓相同，即虛短原則。

3． 輸出的差分信號幅度相同，相位相差180度，以Vocm共模電壓為中心對稱。

4． 依照上述三個原則，差分信號的增益為 Gain＝R_F/R_G。

問題：為什么電路的輸出不正確？

答案：對于差分放大器的應(yīng)用來講，要得到正確的輸出，必須要注意以下幾點(diǎn)：

1．輸出信號的擺幅必須在數(shù)據(jù)手冊指定的范圍內(nèi)。以AD8137為例，在單電源5V的情況下，Vout-與Vout+都必須在450mV～4.55V之內(nèi)（見下表）

2．輸入端信號的范圍必須在數(shù)據(jù)手冊指定的范圍之內(nèi)。以AD8137為例，在單電源5V的情況下，+IN與-IN的電壓必須在1～4V之內(nèi)。（見下表）

數(shù)據(jù)手冊單電源5V供電的芯片指標(biāo)

在你的電路中，一定要先進(jìn)行分析計算，檢查輸出端電壓和輸入端共模信號的范圍是否在數(shù)據(jù)手冊指定范圍之內(nèi)（請注意電源電壓的條件）。對于單電源供電的情況，更容易出現(xiàn)問題。下面我們以AD8137舉例說明怎樣判斷電路是否能夠正常工作？

AD8137雙電源供電放大電路

如圖，這是AD8137在+/-5V電源供電情況下的一個放大電路。輸入是一個8Vpp的信號。按照虛短、虛斷的原則，根據(jù)2.1的分析，差分信號增益是1，即，差分輸出每一端的擺幅都是+/-2V，但相位相差180度。由于Vocm加入了2.5V的共模電壓，因此得到Voutp和Voutn的電壓為2.5V+/-2.0 V和2.5V-/+2.0V，即0.5V～4.5V的范圍內(nèi)。這個信號范圍符合數(shù)據(jù)手冊+/-5V電源供電情況下的指標(biāo)（－4.55V~+4.55V）。

然后我們計算輸入端的共模電壓，按照虛短、虛斷的原則，Vinn的電壓是Voutp在兩個1K ohm電阻上面的中點(diǎn)分壓，即得到如圖紅色所示的共模電壓為Vinn=1.25V+/-1.0V，即0.25V~2.25V，這也符合+/-5V供電下數(shù)據(jù)手冊對輸入共模電壓的要求（－4V～＋4V）。所以此電路滿足要求，會正確工作。下圖是各點(diǎn)的波形。

AD8137雙電源供電電路各點(diǎn)波形

但是，如果上面的電路改為單電源5V供電，電路就會有問題。如下圖所示，

AD8137單電源供電電路

所有的分析都同雙電源供電相同，我們會發(fā)現(xiàn)輸出電壓的范圍0.5V～4.5V符合數(shù)據(jù)手冊在單電源＋5V供電情況下的指標(biāo)450mV～4.55V，但是輸入端共模電壓的范圍0.25V~2.25V卻超出了數(shù)據(jù)手冊的要求（1～4V）。所以，在這種情況下，得到的輸出如下圖，信號已經(jīng)發(fā)生失真。

AD8137單電源供電情況下錯誤的輸出

在這種情況下，可以試著調(diào)節(jié)Vocm端的值（請注意，Vocm端加入的電壓范圍也有要求，請參見數(shù)據(jù)手冊），或者改變電路增益，或者減小輸入信號的幅值，使輸入端和輸出端的范圍都滿足要求。

前面的情況是輸入信號中不含直流共模成分，當(dāng)輸入信號含有直流偏置時，也要注意輸入端和輸出端的電壓范圍。下面是一個例子。

AAD8137 輸入信號偏置在1V DC的電路

如上圖所示，此圖的區(qū)別在于輸入信號有一個1V的直流偏置。這樣我們以同樣的方法分析電路，這個1V的輸入會在兩個輸出端各加入0.5V的直流正負(fù)偏置。得到如圖所示的輸入端的電壓和輸出端的電壓值，我們看到此時Voutp端的電壓1V～5V已經(jīng)超出了規(guī)定的－4.55V~+4.55V范圍。所以得到的結(jié)果如下圖所示

AD8137輸入加入1V DC偏置的錯誤結(jié)果

解決的方法是可以使用交流耦合，如下圖

使用交流耦合的AD8137放大電路

這樣，輸入端和輸出端的范圍都正確了。結(jié)果如下圖所示

采用交流耦合后正確的結(jié)果

所以在使用AD813x時，一定要先計算各點(diǎn)的電壓，然后與數(shù)據(jù)手冊上相同供電電源電壓條件下的指標(biāo)相比較，確定電路是否工作正常。另外一個電路檢查的方法是使用ADI網(wǎng)站上提供的SPICE模型進(jìn)行仿真，這樣更加直觀。同時ADI網(wǎng)站上還提供了在線的AD813X差分放大器輔助計算工具，可以幫你檢查電路的正確性。

這個工具的鏈接是 http://www.analog.com/zh/amplifiers-and-comparators/differential-amplifiers/AD8138/products/product.html

問題：單端輸入時的端接問題？

答案：在高速應(yīng)用中，有必要對差分放大器進(jìn)行端接。如下圖所示，信號源阻抗為50Ω，峰峰值為2V，我們希望輸出為1V。

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根據(jù)單端輸入時輸入阻抗計算公式，差分電路的輸入阻抗實際是267Ω。因此，我們要用267Ω負(fù)載匹配50Ω的信號源，計算可知，需要對地接61.9Ω的電阻，如下圖所示。

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上圖中，將虛線框中的電路做戴維南等效，如圖中綠色電路?？梢钥闯?，源電壓是1.1V而不是1V，同時，28Ω電阻與200Ω電阻串聯(lián)，這增加了RG，即降低了增益。

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上圖中，為使兩個反饋環(huán)匹配，在反向端增加28Ω的電阻，以保持反饋比相同。同時，為了得到1V的電壓輸出，將兩個反饋電阻改為205Ω。
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