2、电子仪器中的放大器原理与应用

电子仪器中的放大器原理与应用

在电子仪器领域，放大器是一个核心组件，尤其是差分放大器和各类模拟信号处理放大器，它们在分布式发电和电力过程等方面有着广泛应用。下面将详细介绍这些放大器的原理、参数以及相关计算方法。

差分放大器基础

大多数商用运算放大器可建模为差分放大器，它有两个输入端口和一个输出端口。其中一个输入端口为信号反相输入，另一个为同相输入。这两个输入端口能帮助设计者抵消连接放大器与外部环境的导体中的共模信号，这些导体常受电磁噪声（辐射效应）和电源纹波（传导效应）的影响。

差分放大器的增益是其重要特性之一。其基本关系由以下方程给出：
- (v_d = v_{s1} - v_{s2})（1.1）
- (v_c = \frac{1}{2}(v_{s1} + v_{s2}))（1.2）
- (v_o = A_1v_{s1} - A_2v_{s2} = A_1v_{s1} + A_2v_{s2})（1.3）

这里，下标“d”、“c”和“o”分别表示差分信号、共模信号和输出信号，(A_1)和(A_2)是每个晶体管的电压增益。

将输入信号表示为共模信号和差分信号的函数，经过推导可得：
- (v_{s1} = v_c + \frac{1}{2}v_d)（1.4）
- (v_{s2} = v_c - \frac{1}{2}v_d)（1.5）

将（1.4）和（1.5）代入（1.3）并整理，得到输出信号的表达式：
- (v_o = (A_1 + A_2)v_c + \frac{1}{2}(A_1 - A_2)v_d)（1.6）
- 更紧凑的形式为：(v_o = A_