在電子電路領域,差分放大電路是一種具有獨特結構與功能的電路,它在諸多高精度信號處理場景中發揮著關鍵作用,為保證信號質量與穩定性立下功勞。
差分放大電路的基本結構包含兩個性能參數盡可能相近的晶體管,一般為三極管或場效應管,它們共同構成對稱的放大單元。電路有兩個輸入端,分別標記為同相輸入端和反相輸入端,以及一個輸出端。其核心工作原理基于兩個輸入信號的差值進行放大。當同相輸入端接入信號,反相輸入端接入信號時,電路實際放大的是這兩個信號的差值,即。這種對差值的專注放大能力,使得差分放大電路在處理微弱信號且存在共模干擾的環境下表現卓越。
共模干擾是電子電路中常見的棘手問題,它指的是同時作用于兩個輸入端、幅度與相位相同的干擾信號,比如來自電源的工頻干擾、周圍電磁場耦合產生的噪聲等。在普通的單端放大電路中,這些共模干擾會與有用信號一同被放大,嚴重影響輸出信號的質量,導致后續信號處理出現誤差。而差分放大電路卻能巧妙應對這一難題,由于它僅對輸入信號的差值敏感,共模信號在相減過程中理論上相互抵消。具體而言,設共模干擾信號為,此時同相輸入端信號變為,反相輸入端信號變為,那么計算差值,可見共模干擾被成功剔除,輸出信號幾乎不受其影響,極大地提高了信號的純凈度與可靠性。
差分放大電路的另一個重要特性是具有較高的共模抑制比(CMRR)。共模抑制比定義為差分放大電路對差模信號的放大倍數與對共模信號的放大倍數之比,通常用分貝(dB)表示,即,其中是差模放大倍數,是共模放大倍數。一個性能優良的差分放大電路,其 CMRR 值可達很高水平,意味著它能高效放大有用的差模信號,同時將共模信號的放大抑制到極低程度。這一特性在精密測量、音頻放大、通信等領域至關重要。例如在精密電子天平的傳感器信號放大環節,外界環境存在諸多干擾源,差分放大電路憑借高 CMRR,精準放大由重量變化引起的微弱差模信號,確保測量結果的高精度,避免因共模噪聲導致的測量誤差。
差分放大電路以其獨特的對差模信號放大、共模干擾抑制能力以及高共模抑制比特性,成為電子電路家族中的得力成員,廣泛應用于各類對信號精度、穩定性要求苛刻的場合,持續推動著電子技術邁向更高水準。
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