差分放大器是什么？是如何定义的？

一般情况下，在将运算放大器的输入端连接到放大器，使用“反相”或“非反相”输入端放大单个输入信号，而另一个输入端接地。英锐恩单片机开发工程师表示，由于标准运算放大器具有反相和无反相两个输入，因此我们也可以同时将信号连接到这两个输入，从而产生另一种常见的运算放大器电路，称为差分放大器。

基本上，由于其输入配置，所有运算放大器都是“差分放大器”。但是，通过将一个电压信号连接到一个输入端子上并将另一电压信号连接到另一个输入端子上，所得输出电压将与V 1和V 2的两个输入电压信号之间的“差”成比例。

然后，差分放大器放大两个电压之间的差，从而使这种类型的运算放大器电路成为减法器，而不像求和放大器那样将输入电压相加或求和。这种运算放大器电路通常称为差分放大器配置，如下所示：

通过将每个输入依次连接到0v接地，我们可以使用叠加来求解输出电压Vout。然后，差分放大器电路的传递函数为：

当电阻R1 = R2和R3 = R4时，上述差分放大器的传递函数可以简化为以下表达式：

差分放大器公式

如果所有电阻均具有相同的欧姆值，即：R1 = R2 = R3 = R4，则电路将变为单位增益差分放大器，并且放大器的电压增益将恰好为1或1。那么输出表达式将简单地为Vout = V 2 – V 1。

还要注意，如果输入V1高于输入V2，则输出电压之和为负，如果V2高于V1，则输出电压之和为正。

该差分放大器电路是一个非常有用的运算放大器电路，并通过与所述输入电阻器并联增加更多的电阻器R1 和 R3，所得电路可以要么“添加”或“减去”的电压施加到它们各自的输入上。这样做的最常见方法之一是将“电阻桥”(通常称为惠斯通电桥)连接到放大器的输入，如下所示。

惠斯通电桥差分放大器电路

现在，标准差分放大器电路通过将一个输入电压与另一个输入电压进行“比较”，从而成为差分电压比较器。例如，通过将一个输入连接到在电阻桥网络的一个分支上建立的固定参考电压，而将另一输入连接到“热敏电阻”或“光敏电阻”，则放大器电路可用于检测低或高当输出电压成为电阻桥的活动引脚的变化的线性函数时，温度或光的水平将变化。

差分放大器

差分放大器是能把两个输入电压的差值加以放大的电路。能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。

它可以是平衡(术语"平衡"意味着差分)输入和输出，也可以是单端(非平衡)输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换，是各种集成电路的一种基本单元。

工作原理

虽然运放电路为典型的双端输入、单端输出的三端器件，但上文所述多为单端应用(即一端用于信号输入，一端接地)，由此可以看出任一信号回路的两端特性，一端接地，一端即信号。就同相放大器而言，信号输入同相端，反相器必有接地回路;就反相放大器而言，信号从反相输入端进入，则同相端即为接地端。由接地回路的不同，甚至也可以判断放大器类型为同相放大器亦或反相放大器。

如果有两路输入信号，分别从两个输入端同时输入，即双端输入，单端输出的工作模式，即为差分放大器(亦名减法器)。

差分放大器的特点

(1)对单电源供电的放大器电路，其输出端(即Q1\Q2的C极)静态工作点为1/2Vcc最为适宜，能保障其最大动态输出范围。只要RC1、RB1等偏置元件取值合适，则可使UC1、UC2的静态电压为2.5V，即静态差分输出电压2.5V-2.5V=0V;

(2)电路设计尽可能使Q1、Q2的静态工作参数一致，二者构成“镜像”电路，RE为电流负反馈电阻，其直流电阻小，动态电阻极大(流过的电流近乎恒定)，以提升电路的差分性能。

(3)当IN+=IN-时，或者二者信号电压同步升降时，OUT+、OUT-端电压也在同步升降，且升、降幅度相等，其输差分输出值仍会为0V。如二路输入信号在静态基础上产生了Q1、Q2基极电流的同样增量，则集电极电压会产生下降，如由2.5V降低为1.5V时，则UC1-UC2=1.5V-1.5V=0V，这说明电路对共模输入信号不予理会，具备优良的抗干扰性能。

众所周知，RS485通讯电路，就是利用差分总线传输方式，产生了强有力的抗干扰效果。

(4)当IN+、IN-输入信号在静态基础上有相对变化，即IN+-IN-≠0时，如IN+输入电压往正方向变化时，OUT-会往负方向变化(同时OUT+会往正方向变化)，使得两个输出端反向偏离2.5V产生了信号输出。当OUT-为1.5V，OUT+为3.5V时，此时使产生了2V的信号电压输出。

功率放大器，简称功放，用于增强信号功率以驱动音箱发声的一种电子装置。不带信号源选择、音量控制等附属功能的功率放大器称为后级。

前置放大器 ，功放之前的预放大和控制部分，用于增强信号的电压幅度，提供输入信号选择，音调调整和音量控制等功能。前置放大器也称为前级。

前置放大器的作用是将激光唱机、电唱盘、磁带卡座、调谐器等送来的信号进行各种处理与放大，以便为功率放大器准备适宜的电信号，同时它可具有音量调节、音调调节等功能。功率放大器的作用是将前置放大器送来的信号，放大到足够推动相应扬声器所需的功率。

功率放大器的分类

功率放大器电路的划分主要是由功放级输出电路形式来决定，常见的音频功率放大器主要有下列几种：

(1) 变压器耦合甲类放大器电路主要用于电子管放大器中;

(2)变压器耦合推挽功率放大器电路主要用于一些输出功率较大的电子管放大器中;

(3)OTL功率放大器电路主要用于一些输出功率较小的放大器中;

(4)OCL功率放大器是一种常用的放大器电路，常用于一些输出功率要求较大的功率放大器中;

(5)BTL功率放大器电路主要用于一些要求输出功率更大的场合。 OTL、OCL和BTL功率放大器电路主要用于晶体管放大器中。

传统的数字语音回放系统包含两个主要过程：

(1)数字语音数据到模拟语音信号的变换(利用高精度数模转换器DAC)实现;

(2)利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。

A类放大器：

A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，效率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真。由于效率比较低。

B类放大器：

B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波;同理，当Vi为负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时，Q1、Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

AB类放大器：

AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

D类放大器：

D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成。D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

优点：

(1)具有很高的效率，通常能够达到85%以上;

(2)体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间;

(3)无裂噪声接通;

(4)低失真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。

关于差分放大器，请注意以下几点：

差分放大器 (DA) 是使用至少两个晶体管的双输入端器件。有两个输出端子标记为 1(v out 1 ) 和 2 (v out 2 )。

晶体管Q 1和Q 2匹配使得它们的特性相同。集电极电阻(R C1和 R C2)也相等。匹配电路元件的相等性使DA电路布置完全对称。

我们可以通过以下两种方式将信号应用于差分放大器：

a) 信号加到 DA 的一个输入端，另一个输入端接地。在这种情况下，它被称为单端输入排列。

b) 信号应用于 DA 的两个输入端。在这种情况下，它被称为双端或双端输入排列。

4.我们可以通过以下两种方式从DA获取输出：

a) 输出可取自输出端子之一和接地。在这种情况下，它被称为单端输出排列。

b) 输出可以在两个输出端之间(即Q 1和Q 2的集电极之间)。在这种情况下，它被称为双端输出排列或差分输出。

5. 一般差分放大器(DA)为单端输出工作。

差分放大器的操作

为简单起见，这里将讨论单端输入和双端输出 DA 的操作。