差分放大電路

差分放大電路利用電路參數的對稱性和負反饋作用,有效地穩定靜態工作點,以放大差模信號抑制共模信號為顯著特徵,廣泛套用於直接耦合電路和測量電路的輸入級。但是差分放大電路結構複雜、分析繁瑣,特別是其對差模輸入和共模輸入信號有不同的分析方法,難以理解,因而一直是模擬電子技術中的難點。差分放大電路:按輸入輸出方式分:有雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出四種類型。按共模負反饋的形式分:有典型電路和射極帶恆流源的電路兩種。

差分放大電路

(a)射極偏置差放 (b)電流源偏置差放
差放有兩個輸入端子和兩個輸出端子,因此信號的輸入和輸出均有雙端和單端兩種方式。雙端輸入時,信號同時加到兩輸入端;單端輸入時,信號加到一個輸入端與地之間,另一個輸入端接地。雙端輸出時,信號取於兩輸出端之間;單端輸出時,信號取於一個輸出端到地之間。因此,差動放大電路有雙端輸入雙端輸出、單端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入單端輸出四種套用方式。上面兩個電路均為雙端輸入雙端輸出方式。
(a) 電阻Re是T1和T2兩管的公共射極電阻,或稱射極耦合電阻,它實際上就是在工作點穩定電路中旨入的射極電阻,只是此處將兩個電阻的射極電阻合併成一個Re,所以經它的作用是穩定靜態工作點,對零漂做進一步的仰制。電阻Re常用等效內阻極大的恆流源I0來代替,以便更有效地提高抑制零漂的作用。負電源-VEE用來補償射極電阻Re兩端的直流壓降,以避免採用電壓過高的單一正電源+VCC,並可擴大輸出電壓範圍,使兩基極的靜態電位為零,基極電阻Rb通常為外接元件,也可不用,其作用是限制基極靜態電流並提高輸入電阻,RL為外接負載電阻。

基本狀態

差放的外信號輸入分差模和共模兩種基本輸入狀態。當外信號加到兩輸入端子之間,使兩個輸入信號vI1、vI2的大小相等、極性相反時,稱為差模輸入狀態。此時,外輸入信號稱為差模輸入信號,以vId表示,且有:
當外信號加到兩輸入端子與地之間,使vI1、vI2大小相等、極性相同時,稱為共模輸入狀態,此時的外輸入信號稱為共模輸入信號,以vIC表示,且 :
當輸入信號使vI1、vI2的大小不對稱時,輸入信號可以看成是由差模信號vId和共模信號vIc兩部分組成,其中動態時分差模輸入和共模輸入兩種狀態。
(1)對差模輸入信號的放大作用
當差模信號vId輸入(共模信號vIc=0)時,差放兩輸入端信號大小相等、極性相反,即vI1=-vI2=vId/2,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相反,導致兩輸出端對地的電壓增量, 即差模輸出電壓vod1、vod2大小相等、極性相反,此時雙端輸出電壓vo=vod1-vod2=2vod1=vod,可見,差放能有效地放大差模輸入信號。
要注意的是:差放公共射極的動態電阻Rem對差模信號不起(負反饋)作用。
(2)對共模輸入信號的抑制作用
當共模信號vIc輸入(差模信號vId=0)時,差放兩輸入端信號大小相等、極性相同,即vI1=vI2=vIc,因此差動對管電流增量的大小相等、極性相同,導致兩輸出端對地的電壓增量, 即差模輸出電壓voc1、voc2大小相等、極性相同,此時雙端輸出電壓vo=voc1-voc2=0,可見,差放對共模輸入信號具有很強的抑制能力。
此外,在電路對稱的條件下,差放具有很強的抑制零點漂移及抑制噪聲與干擾的能力。

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