单电源差动输入至差动输出交流放大器电路

最新推荐文章于 2025-04-06 12:18:21 发布

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分类专栏：基础电路设计文章标签：单端转差分交流耦合

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1 简介

此电路使用 2 个运算放大器构建分立式单电源差动输入差动输出放大器。电路将差动信号转换为差动输出信号。

2 设计目标

2.1 输入

$V_{iMin}=-500mV$
$V_{iMax}= 500mV$

2.2 输出

$V_{oMin}=-2.5V$
$V_{oMax}=2.5V$

2.3 电源

$V_{cc}=5V$
$V_{ee}=0V$
$V_{ref}=2.5V$

2.4 截止频率

$f_{l}=16Hz$
$f_{h}=1MHz$

3 电路设计

根据设计目标，最终设计的电路结构和参数如下图：

注意事项：

确保 R1 和 R2 完美匹配高精度电阻器以保持高直流共模抑制性能
增加 R4 和 R5 以匹配必要的输入阻抗，但这样做会降低热噪声性能
从 Vcc 到接地端的分压器也会导致单电源运行发生偏置
Vref 将仪表放大器偏置的输出电压设置为中位电压，以确保输出可以摆动至两个电源轨
选择 C1 和 C2 以选择截止频率下限

4 设计计算

传递函数

$V_{oDiff}=V_{i}*G+V_{ref}$

其中， $G=1 + 2 * \frac{R_{1}}{R_{3}}$

选择R1=R2，以保持共模抑制性能

$R_{1}=R_{2}=20k\Omega$

选取 R4和R5实现所需的输入阻抗

$R_{4}=R_{5}=10k\Omega$

计算R3，设置差动增益

$Gain=1+\frac{2*R1}{R3}=5$

$R_{3}=10k\Omega$

计算C1和C2设置截止频率下限

$f_{c}=\frac{1}{2*\pi *R4*C1}=16Hz=>C1=C2=\frac{1}{2*\pi *R4*f_{c}}=0.99uF\approx 1uF$

5 电路仿真

时域仿真：

频域仿真：

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