1、常规放大电路和差分放大电路0、小叙闲言有一个两相四线的步进电机，需测量其 A、B 两相的电流大小，电机线圈的电阻为 0.6，电感为 2.2mH。打算在 A、B 相各串接一个 0.1 的采样电阻，然后通过放大电路，送到单片机采样（ STM32，12 位 AD 采样），放大的电压值是最大应为 3v。电路如下。我在这里讨论其中的采样放大电路。很多东西平时在书本上学到烂熟，但真正在实战时，还是碰到了不少问题。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。因此，在这里总结一下，供自己学习之用，或许也可给大家一点点帮助。图 1 步进电机系统结构图这里暂时不讨论放大电路的工作原理，直接使用放大器的虚短（短路）和虚断（断路
2、）性质来分析这一类电路，之所以在前面加个虚字，是因为放大器的两端并不是真正的短路或断路。如下图所示，虚短：UP=UN，虚断：IP=0; IN=0。无论放大器接在何种电路中，这两个式子都是成立的。图 2 放大器性质1.1、电压跟随器电压跟随，听名字应该就能想到，它的作用就是输出电压 Uo 应该是随着输入电压 Ui 变化而变化的（Uo=Ui），如下图所示，由上面讲到的虚短性质，很容易得到 Ui=Up=Un=Uo。有人会疑问，直接把 Ui 接到 Uo，岂不是更加方便，要这个做什么。这个就要看电路需求而定了。电压跟随器的作用一般是起到隔离的作用，输入的电流太大的话，也不影响到输出的电流。图 3 电压跟
3、随器电路图1.2、电压放大电路说了这么多，也没有看到放大器起到放大的作用，那么它是如下做到放大的电压作用的呢，且看下面这个电路。图 4 电压放大电路从图 4 可以看到电路将输入电压放大了-3 倍，这个负号来源，在图 4 中的公式推导已经说得很明白了。充分利用虚短和虚断的性质，加上外接电路，可以实现放大电压的功能（当然也可以缩小电压）。这个电路有一个小小的问题，就是它放大电压后有一个负号，平时我们要的都是输出电压与输入电压同符号，那么如何做到输出电压与同向呢，其实也很容易，且看下面电路图 5。它的放大倍数也很好计算，元器件没有比上面多。但是这里又引是入一个新的问题，从下图 4 的公式推导中，可以
4、明显看到，Uo/Ui1，那么在我们需要将电压值缩小的场合，这个电路将不再适用。图 5 电压同向放大电路那么如何做到同向的任一放大倍数的电路呢，也并不难，又请看下方图 6 电路。电路中多了两个电阻，成本并不会增加多少。由图 6 中推导的公式，如果 R1+R2=R3+R4，那么放大倍数 Uo/Ui=R4/R1,这个电阻阻值大小是完全可以做到任意选择的。在实际电路的设计过程中，通常令 R1=R3，R2=R4,这样可以使 R1+R2=R3+R4 成立，同时也能够很清晰地记住这个电路的放大倍数即为：Uo/Ui=R2/R1。图 6 电压同向任一放大倍数电路2、差分放大电路上面讲到的所有放大电路都有一个明显
5、的特点，就是它们只是放大某一个电势点，另一个电势点是默认接地的。而有时我们需要放大电压的两端电势没有一个接地的，那么这个时候，上述所有放大电路将不再适用。我文章一开头提到的采样步进电机电流，就是这种情况，这个时候就是差分放大电路登场的时间了。图 7 差分放大电路在使用差分放大电路时，有一点需要特别地注意，不仅|k*(U1-U2)|15（最好是小于 13V 左右，取得比较好的效果），而且 Un 与 Up 应该也要小于 15v，否则放大不会工作在线性区，导致电路非正常工作。心得总结关于放大电路的更加深刻的工作原理，比如虚短虚断的性质是如何来的，还没有去更加深入的研究（虽然在本科期间学习过，但现在还是忘了），另外当图 4 中的放大器负输入端接地，而正输入端接输入电压，无法得到想要的放大效果，也就是放大器的正负输入端倒底有何区别，还没有很明白，是后要学习的内容。博主毕业于自动化专业，熟悉 C/C+/C#语言，算不上精通这些语言，平时也一直向网上各位大牛学习。业余使用Winform/WPF/QT 开发一些上位机程序。对单片机，嵌入式开发也有较浓厚兴趣。意向从事图像处理，模式识别与智能系统方向。我的邮箱：，非常欢迎各位来交流学习。在博客园分享平时的一些学习笔记，希望能与网上各位同学交流，一来可以提升自己，二来或许可以给各位正在学习的同学提供一点点帮助。
