参考链接：使用差分式放大电路对正负双边电压信号进行抬高和放大-电子发烧友网 (elecfans.com)
在模拟电路设计中，我们需要处理各种电压电流小信号，这个时候很多工程师会下意识想到“同向运算放大器”和“反向运算放大器”，因为在大学时《模电》书上老师教过，所以记忆深刻。但是，“差分式放大电路”却常常被遗忘，不会自然而然去使用，不掌握“差分式放大电路”的使用是非常可惜的，因为它在我们电子电路设计中实在是太重要了。
先来看看我们常用的“同向运算放大器”和“反向运算放大器”，如图1和图2所示，根据“理想运放”的虚短和虚断定义，通过列基尔霍夫电压电流方程即可得到“同向运算放大器”和“反向运算放大器”的电压增益公式。
图1 同向运算放大器电路结构及增益计算公式
图2 反向运算放大器电路结构及增益计算公式
图1和图2所示的“同向放大电路”和“反向放大电路”存在明显的缺陷：运放两输入端的输入电阻不相等，即运放两端不对称，这就会导致运放两端输入偏置电流不匹配，从而引起输入失调电流Ios和输入失调电压Vos，最终反映在运放输出端出现较大的噪声电压，降低放大电路放大精度。我们将图1图2所示电路稍加变化就能克服运放两端不对称而导致的噪声电压影响，如图3所示。
图3 输入端对称的同向放大电路和反向放大电路
在图3中，虽然让“同向放大电路”和“反向放大电路”两输入端电阻相等了，降低了输入失调电流的影响，但在运用时仍然受限。“同向放大电路”电压增益是恒大于1的，不能将信号缩小，有可能会使输出电压越限，超过后端模数转换器(ADC)的参考电平而无法转换;而“反向放大电路”会将输入信号反向，正电压信号输入得到负电压输出，且需要双电源对运放供电，另外后端模数转换器一般无法处理负电压信号。因此，要解决上述问题，就需要使用差分式放电电路，可进行信号放大，也可进行信号缩小，标准的差分式放大电路如图4所示。
图4 标准差分式放大电路
在图4标准差分式放大电路中，Vref是基准电压，是为了将整个输入信号进行电平抬高，这样即使输入信号源有负电压，在电平抬高后，运放输出端也不会出现负电压，方便后端模数转换。一般来说，Vref的选取需要考虑后端ADC的模拟参考电平值(即ADC能转换的最高电压)，如果ADC的模拟参考电平值为5V，那么我们就可以将基准电压Vref设定为2.5V，这样就将输入信号源整体拔高了2.5V，使输入信号源正向电压经过运放处理后变化范围在2.5V～5V之间，输入信号源负向电压经过运放处理后变化范围在0V～2.5V之间。因为运放输出均为正向电压，所以对运放的供电电源也不需要使用双电源供电，只用单电源供电就可以了。