关于差分放大器这些弊端你都知道吗

1. 差分放大器结构

话不多说，直接干货，图1是差分放大电路的基本结构，由一个运算放大器和4个外围匹配电阻组成，常用来进行电流检测或差分信号放大，差分放大器有几个固有的弊端，如果不了解这些弊端，将影响我们的电路设计，看看这些弊端，你知道几个？

图1 差分放大电路

2. 差分放大器弊端一：输入阻抗低

差分放大器的输入阻抗非常低，这与它的匹配电阻相关，而且差分放大器两个输入端的阻抗并不对称。怎么计算两个输入端的输入阻抗呢？

如图1 中，计算Vi-的输入阻抗时，我们只看Vi-，忽略Vi+，参考图2 左图。此时的电路是一个反相放大的结构，由《运放秘籍》可知，反相放大电路的输入阻抗就约等于输入电阻R1。

图2 差分放大输入阻抗计算

计算Vi+的输入阻抗时，我们只看Vi+，忽略Vi-，参考图2 右图。此时的电路类似一个同相放大的结构，Vi+是被R1和R2分压后再被同相放大的，Vi+经过R1和R2到地，因此，Vi+的输入阻抗大约是电阻(R1+R2)的值。

我们做下输入阻抗的仿真，见图3 ，Vi-的输入阻抗是1KΩ，Vi+的输入阻抗是11KΩ，与我们前文分析的一致。

图3 差分放大输入阻抗仿真

差分放大器的输入阻抗不但低，而且两个输入端的阻抗并不对称，如果连接到差分放大器的信号源的两个引脚源阻抗不匹配，也会降低CMRR，这就是差分放大电路的二：共模抑制比低。

3. 差分放大器弊端二：共模抑制比低

差分放大器最完美的状态是图1电路中的两个R1完全相等、两个R2完全相等，然而，我们无法找到两个阻值一模一样的电阻，常见的电阻也有1%的误差。这会使得电阻失配，将大大降低共模抑制比CMRR。

图4 中，我们简单体会下差分放大器的CMRR，左边仿真图中，电阻是完全匹配的，输入的共模信号是0.1V@50Hz，此时输出是10uV，也就是说0.1V的共模输入信号被转换成了10uV的输出信号（虚拟运放模型的CMRR是100dB），换句话说就是，在外围电阻完全匹配的情况下，差分放大器的CMRR并不是无穷大，这受限于运算放大器。

图4 差分放大CMRR与电阻失配

而图4右图中，我们只把其中的一个电阻，按照最大误差1%从1KΩ改成了1.01KΩ，则在相同共模输入的情况下，输出变成了大约1000uV，是左图的10uV的100倍。这就是电阻失配，将降低共模抑制比，使得抑制共模干扰的能力大大降低。

能不能增加差分放大电路的输入阻抗和共模抑制比？于是，就有了经典的3运放仪表放大器。

审核编辑：黄飞