【天津工业大学】差分放大电路测试仪+张昊 - 嘉立创EDA开源硬件平台

本系统以单片机STM32F103RCT6为控制核心，由差分信号发生器、差分大电路、同向求和运算电路、ADC检测电路、负载电阻和参数显示等部分构成。其中，差分信号由AD9959芯片采用DDS技术实现，具有200MHz的带宽，最小1Hz的步进频率，采用串行IO接口SPI，最大可以输出500mVPP左右的正弦波，利用两个信号通道产生相位差为180°，幅值相等的正弦波来最为差分信号。ADC峰值检测将计算结果通过串口屏显示，可以显示放大倍数，幅频特性等参数。用户也可以通过触摸屏幕设定信号的频率和步进，整个系统操作简单，界面友好。

差分信号的产生采用了两种方案，一种是直接使用市面上的DDS模块，其次是利用工程中的采用两个555定时器来生成带有共模的差分信号。

1)  PWM控制直流信号的电压值理论分析计算

PWM由STM32F103RCT6内部定时器控制产生，已知输出幅值范围为0~3.3V，假设输出PWM波占空比为D，则通过RC低通滤波器后所产生的直流信号的电压为D×3.3V，若要实现0~1V的范围，对应的输出PWM波的占空比为0~30.3%。

2）采用Multisim软件进行仿真分析，在该软件中导入S9013三极管的仿真模型，通过电路设计，仿真模拟后可得题目所给差分放大电路对共模信号的放大倍数为0，在输入1KHz，50mVpp正弦波的差模信号情况下仿真可得放大器的电压放大倍数为78.同时可以测得输入电阻为10000000.上限截止频率为32.563kHz。

差分放大电路的电路图，Q1和Q2为相同的S9013三极管，在电路中结构对称，发射极之间相互连接，同时接到由Q3构成的稳流源电路上。信号的输入为三极管的基极，输出为集电极，因此输入端有两条，输出端也有两条。

在该电路中，Q3的基极为直流电位，它是由正负电源用R4和R5进行分压之后的电位。所以，只要电源电压不变化，它就是稳定的电压。

晶体管的基极-发射极间电压V_BE为0.7V左右是一定的，Q3的发射极与负电源之间连接的电阻R3的压降也一定，Q3的集电极-发射极之间流动的电流也是一定的。Q3是洗手一定的集电极电流的电流源，即作为稳流源来工作的。

通过以上分析，由于差分放大电路结构对称，因此当两个输入端输入共模信号时，Q1和Q3放大效果相同，因此在输出端看不到放大效果，如果输入信号为差分信号，则可以观察到电路的放大作用。故该电路会抑制输入信号中的共模成分而放大差模成分。

555定时器方案电路说明如原理图所示.