运放输出电压为什么要偏移？差分电路原理解析-道合顺大数据infinigo

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差分运算放大电路，对共模信号得到有效抑制，而只对差分信号进行放大，因而得到广泛的用。差分电路的电路构型
图1 差分电路目标处理电压：是采集处理电压，比如在系统中像母线电压的采集处理，还有像交流电压的采集处理等。差分同相/反相分压电阻：为了得到适合运放处理的电压，需要将高压信号进行分压处理，如图1中V1与V2两端的电压经过分压处理，最终得到适合运放处理的电压Vin+与Vin-。差分放大电路：反馈，对于运算放大电路来说，运放工作在线性区，所以这里一定是负反馈，没有反馈（开环）或者是正反馈，那是比较器电路而不是放大电路，这时候运放工作在饱和区或称为非线性工作区，正因为饱和，输出才是电源电压的幅值。
2 C( ]6 \, l6 ?8 }) f* |4 D# {6 N/ V图2是一种带正反馈的运放电路，这里就不能叫运算放大电路了，因为运放的开环放大倍数理想是无限大，当然实际中不可能无限大，所以如下结构是迟滞电压比较器，运放工作在非线性区或饱和区。 图2图3，依然是电压比较器结构，上面已经提到，运放开环增益很大，不带负反馈，工作就如非线性区，当做电压比较器来使用。 图3运算放大器，反馈电阻从输出接到反相端"-"就是负反馈，当然在输出信号不超过电源电压时（注：一切信号的能量来源是电源，输出当然不可能超过电源幅值），实现的功能就是放大信号的功能；接到同相端"+"就是正反馈，电路功能是电压比较器。当然在实际当中我们并不提倡用运放去做电压比较器，而是选用专用的比较器，如LM339、LM393、LM211等，因为比较器和运放在实际当中内部器件的工作状态还是有区别的。
8 r! L# b8 L# G比较器接了限流电阻—"R74、R77"，这是因为比较器在幅值切换时，快速上升或下降沿对后级容性负载进行充放电，这个充放电电流确来自这个有源器件—比较器，因此加限流电阻目的是防止电流冲击。
/ ^/ h/ o6 J) b5 ORC滤波：可以酌情调节，目的是防止输出过冲等信号失真问题
差分输入电压的计算
图4电路，为了便于计算，我们给定每个阻值。
差分电路的另一个特点是对称性，R40=R56及R47=R55，差分分压两个支路电阻也是相等的。 图4Vin+和Vin-的值是如何计算的？
我们先通过繁琐的计算来得到，然后再简化计算。
首先，运放的同相端5引脚和反相端6引脚，利用"虚短"得到，其中系数6是指6个100k的电阻，方便简化式子：
" X2 Q) f' z. s( ?; t) S
5 z1 q3 u: ?* J! Z% {那么通过分压关系得到Vin+：
' j5 ?3 n8 g, D: J$ I2 v5 c# y8 a
4 L& G- U7 ^: Z  g再次通过分压关系得到Vin-：

2 Y5 U2 l- d! b9 E  W# r  \( `: f那么就得到Vin+减Vin-的值。
' H6 y! i& A: G7 k* P其实还有一种简单方法得到Vin+减Vin-的值，利用运放的虚短特点，可将电路等效为：
图5
图6所以要计算Vin+减Vin-的值，变得很容易，只是一个简单的分压电路而已，如下计算得到：
' [4 w6 F! l2 w+ f9 w
$ @$ y' x% B2 Q) h2 ^得到差分电压输入值是0.84V。差分放大电路的计算
图7计算公式推导，依旧遵循运放的虚短和虚断特性，当R56=R40，R47=R55时，差分计算可以简化为：
; A) E# L- u( V& Z4 O/ i
4 u. v6 {" B' w5 s实际应用电路中，我们为了简化计算，也是用最简方法计算，经常使用的电路也是上述电路，令电阻相等关系，简化计算。
6 b; h! b# o3 A2 m2 }% K1 E7 [放大电路的"偏移计算"
为什么要对输出电压进行偏移？这是因为如当采集负值时，我们的采样芯片和mcu几乎都不支持负值采样的时候，你就必须进行偏移，使得输出总是为正值。
8 Y# t3 [# d- g5 o0 d( E" B偏移电路，如图8，在原来同相端电阻接地GND的地方，我们接一个电压值，通常也称为偏移电压。那么最终表达式是什么？
图8
+ v4 R! `5 j: s  h1 C6 v$ [通过叠加定理最终得到：
  t5 w0 ^0 D5 r0 i' A/ n
这里公式的成立，保证R64=R72，R73=R57，那么最终得到偏移公式是在原来基础上加个电压偏移量2.5V_Ref：

; P0 W- `' U# T4 J5 }/ Z2 }只要根据实际应用选择合适的偏移量，输出总会为一个正值。
图9
比如，图9电路，输入电压变为-100V，那么最终输出电压就为：

这样就将负电压偏移为正电压，处理器符合处理器处理要求了，偏移电路在采集如交流电、以及存在负直流电压的控制电路中广泛使用。找国产替代芯片，查参数，下载datasheet，元器件购买，上道合顺大数据


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Crash

楼主辛苦了，感谢楼主

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