CN107707210A - 一种自调零高增益差分放大电路 - Google Patents

一种自调零高增益差分放大电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自调零高增益差分放大电路，包括差分放大电路、共模电压偏置电路和PWM滤波电路，共模电压偏置电路的输出端与差分放大电路电连接，PWM滤波电路组成的输入端与差分放大电路的输出端电连接；自调零高增益差分放大电路在生产或安装时智能调节失调电压，无需人工为每个差分放大电路施加调整电压，合理地简化生产流程，另外，自调零高增益差分放大电路存在的失调电压在电路增益放大前已经被抵消，使得自调零高增益差分放大电路在高增益的使用场合，仍然保持其低噪声，抗干扰能力强。

Description

一种自调零高增益差分放大电路
技术领域
本发明涉及一种差分放大电路，特别是一种自调零高增益差分放大电路。
背景技术
在现实当中，差分放大电路的差分信号抗干扰能力强，通常设置为高增益差分放大电路，另外，差分信号一般叠加一个大的共模直流电压或者叠加了直流失调电压，经过高增益放大后，却成为信号噪声，严重时直接覆盖了放大信号；另一方面，差分失调电压是高增益的放大电路中必须解决的问题，差分失调电压是当传感器输出零时，但输出信号不为零，如使用热敏电阻和三个普通电阻构成的电桥时，3个电阻存在误差而产生失调电压；常见的解决失调电压的方法是在参考引脚施加一个反相的失调电压值，抵消失调电压，使运放器的输出为0，但这中方法存在两个缺点，第一，失调电压不是一个固定量，在大量生产时，需要为每个放大电路施加调整电压,工作效率低下，第二，失调电压经过高增益放大后，很可能会超出运放器的最大输出电压。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电路结构简单、生产成本低、抗干扰能力强的自调零高增益差分放大电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种自调零高增益差分放大电路，包括差分放大电路、共模电压偏置电路和PWM滤波电路，所述共模电压偏置电路的输出端与所述差分放大电路电连接，所述PWM滤波电路组成的输入端与所述差分放大电路的输出端电连接。
所述共模电压偏置电路包括电压源U2、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电容C2和运放器U3；所述电压源U2的1引脚通过所述电阻R5接5V电压；所述电压源U2的2引脚依次通过所述电阻R7、电阻R8接地；所述电压源U2的3引脚接地；所述电容C2的一端分两路，一路接所述电阻R7与所述电阻R8间的节点，另一路接所述运放器U3的2引脚，所述电容C2的另一端接地；所述运放器U3的1引脚接所述运放器U3的3引脚；所述运放器U3的4引脚接地；所述运放器U3的8引脚接5V电压。
所述差分放大电路包括仪表放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述仪表放大器U1的型号为AD8237；所述仪表放大器U1的1端口和2端口分别接入差分信号VIN-和VIN+；所述仪表放大器U1的4端口接5V电压；所述仪表放大器U1的5端口接地；所述仪表放大器U1的8端口分两路，一路通过所述电阻R1输出信号VOUT，另一路通过所述电阻R2接所述仪表放大器U1的FB端口；所述仪表放大器U1的REF端口分两路，一路通过所述电阻R3接所述仪表放大器U1端口FB与所述电阻R2间的节点，另一路接所述运放器U3引脚1与所述运放器U3A引脚3间的节点。
所述PWM滤波电路包括三极管Q1、三极管Q2、电容C1、电阻R4、电阻R6和电阻R9；所述三极管Q1的B极分两路，一路通过所述电阻R4接5V电压，另一路接所述三极管Q2的B极；所述三极管Q1的C极接5V电压；所述三极管Q1的E极分两路，一路依次通过所述电阻R6和电阻R9接所述电阻R2与所述电阻R3间的节点，另一路接所述三极管Q2的E极；所述三极管Q2的C极分两路，一路通过所述电容C1接所述电阻R6与所述电阻R9间的节点，另一路接地；所述三极管Q1的B极与所述电阻R4间的节点输入PWM信号。
本发明的有益效果是：本发明包括差分放大电路、共模电压偏置电路和PWM滤波电路，共模电压偏置电路的输出端与差分放大电路电连接，PWM滤波电路组成的输入端与差分放大电路的输出端电连接；自调零高增益差分放大电路在生产或安装时智能调节失调电压，无需人工为每个差分放大电路施加调整电压，合理地简化生产流程，另外，自调零高增益差分放大电路存在的失调电压在电路增益放大前已经被抵消，使得自调零高增益差分放大电路在高增益的使用场合，仍然保持其低噪声，抗干扰能力强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
参照图1，一种自调零高增益差分放大电路，包括差分放大电路、共模电压偏置电路和PWM滤波电路，所述共模电压偏置电路的输出端与所述差分放大电路电连接，所述PWM滤波电路组成的输入端与所述差分放大电路的输出端电连接。
所述共模电压偏置电路包括电压源U2、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电容C2和运放器U3；所述电压源U2的1引脚通过所述电阻R5接5V电压；所述电压源U2的2引脚依次通过所述电阻R7、电阻R8接地；所述电压源U2的3引脚接地；所述电容C2的一端分两路，一路接所述电阻R7与所述电阻R8间的节点，另一路接所述运放器U3的2引脚，所述电容C2的另一端接地；所述运放器U3的1引脚接所述运放器U3的3引脚；所述运放器U3的4引脚接地；所述运放器U3的8引脚接5V电压；电阻R5和电压源U2串联，产生2.5V基准电压源，并为运放器U3的2引脚提供1.25V电压；运放器U3构成一个电压跟踪器，输出电压为1.25V，所以仪表放大器U1的输出电压含直流共模电压1.25V，电阻R7和电阻R8组成分压网络，可调整分压网络实现共模电压的调节。
所述PWM滤波电路包括三极管Q1、三极管Q2、电容C1、电阻R4、电阻R6和电阻R9；所述三极管Q1的B极分两路，一路通过所述电阻R4接5V电压，另一路接所述三极管Q2的B极；所述三极管Q1的C极接5V电压；所述三极管Q1的E极分两路，一路依次通过所述电阻R6和电阻R9接所述电阻R2与所述电阻R3间的节点，另一路接所述三极管Q2的E极；所述三极管Q2的C极分两路，一路通过所述电容C1接所述电阻R6与所述电阻R9间的节点，另一路接地；所述三极管Q1的B极与所述电阻R4间的节点输入PWM信号；所述电阻R9与所述电阻R6间的节点电压为电压Vs；PWM滤波电路是用于产生电压Vs的电路；三极管Q1的1引脚用于接收外部控制信号，该信号可以为PWM控制或普通的IO控制；三极管Q1和三极管Q2组成推挽结构，电阻R6和电容C1组成无源低通滤波器，使电路传输的方波信号转化为直流信号，调整PWM波的占空比可以调整电压Vs的电压值。
所述差分放大电路包括仪表放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述仪表放大器U1的型号为AD8237；所述仪表放大器U1的1端口和2端口分别接入差分信号VIN-和VIN+；所述仪表放大器U1的4端口接5V电压；所述仪表放大器U1的5端口接地；所述仪表放大器U1的8端口分两路，一路通过所述电阻R1输出信号VOUT，另一路通过所述电阻R2接所述仪表放大器U1的FB端口；所述仪表放大器U1的REF端口分两路，一路通过所述电阻R3接所述仪表放大器U1端口FB与所述电阻R2间的节点，另一路接所述运放器U3引脚1与所述运放器U3A引脚3间的节点。
仪表放大器U1的1引脚和2引脚是差分信号的输入接口，FB为反馈引脚，REF为设置参考电压引脚，间接电流反馈仪表放大器传递函数如下：
其中，为仪表放大器U1的输出电压，当差分失调电压时，输出为,额外电压Vs输入流经电阻R9，然后向电阻R3和电阻R2分流，使得 。
VREF和Vs作为理想的电压源，仪表放大器U1的传递函数为：
增益为：
由于VREF为设定的共模电压，对抵消失调电压不影响，可得：
因此，PWM滤波电路只需要产生一个合适的电压Vs输入差分放大电路中，便可抵消内部的失调电压，实现智能调节。
自调零高增益差分放大电路在生产或安装时智能调节失调电压，无需人工为每个差分放大电路施加调整电压，合理地简化生产流程，另外，自调零高增益差分放大电路存在的失调电压在电路增益放大前已经被抵消，使得自调零高增益差分放大电路在高增益的使用场合，仍然保持其低噪声，抗干扰能力强。
以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims (4)

1.一种自调零高增益差分放大电路，其特征在于该电路包括差分放大电路、共模电压偏置电路和PWM滤波电路，所述共模电压偏置电路的输出端与所述差分放大电路电连接，所述PWM滤波电路组成的输入端与所述差分放大电路的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的自调零高增益差分放大电路，其特征在于所述共模电压偏置电路包括电压源U2、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电容C2和运放器U3；所述电压源U2的1引脚通过所述电阻R5接5V电压；所述电压源U2的2引脚依次通过所述电阻R7、电阻R8接地；所述电压源U2的3引脚接地；所述电容C2的一端分两路，一路接所述电阻R7与所述电阻R8间的节点，另一路接所述运放器U3的2引脚，所述电容C2的另一端接地；所述运放器U3的1引脚接所述运放器U3的3引脚；所述运放器U3的4引脚接地；所述运放器U3的8引脚接5V电压。
3.根据权利要求2所述的自调零高增益差分放大电路，其特征在于所述差分放大电路包括仪表放大器U1、电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述仪表放大器U1的型号为AD8237；所述仪表放大器U1的1端口和2端口分别接入差分信号VIN-和VIN+；所述仪表放大器U1的4端口接5V电压；所述仪表放大器U1的5端口接地；所述仪表放大器U1的8端口分两路，一路通过所述电阻R1输出信号VOUT，另一路通过所述电阻R2接所述仪表放大器U1的FB端口；所述仪表放大器U1的REF端口分两路，一路通过所述电阻R3接所述仪表放大器U1端口FB与所述电阻R2间的节点，另一路接所述运放器U3引脚1与所述运放器U3A引脚3间的节点。
4.根据权利要求3所述的自调零高增益差分放大电路，其特征在于所述PWM滤波电路包括三极管Q1、三极管Q2、电容C1、电阻R4、电阻R6和电阻R9；所述三极管Q1的B极分两路，一路通过所述电阻R4接5V电压，另一路接所述三极管Q2的B极；所述三极管Q1的C极接5V电压；所述三极管Q1的E极分两路，一路依次通过所述电阻R6和电阻R9接所述电阻R2与所述电阻R3间的节点，另一路接所述三极管Q2的E极；所述三极管Q2的C极分两路，一路通过所述电容C1接所述电阻R6与所述电阻R9间的节点，另一路接地；所述三极管Q1的B极与所述电阻R4间的节点输入PWM信号。
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