差分放大电路工作原理

差分放大器的工作原理

差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，有时简称为“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器（简称“功放”）和发射极耦合逻辑电路 (ECL, Emitter Coupled Logic) 的输入级。

如果Q1 Q2的特性很相似，则Va,Vb将同样变化。例如，Va变化+1V，Vb也变化+1V，因为输出电压VOUT=Va-Vb=0V,即Va的变化与Vb的变化相互抵消。这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。 若差放的两个输入为，则它的输出Vout为：

其中Ad是差模增益 (differential-mode gain)，Ac是共模增益 (common-mode gain)。

因此为了提高信/噪比，应提高差动放大倍数，降低共模放大倍数。二者之比称做共模仰制比（CMRR, common-mode

rejection ratio）。共模放大倍数AC可用下式求出：

Ac=2Rl/2Re

通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比 (CMRR, common-mode rejection ratio) 衡量差分放大器消除共模信号的能力：

由上式可知，当共模增益Ac→0时，CMRR→∞。Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。因此对于完全对称的差分放大器来说，其Ac = 0，故输出电压可以表示为：

所谓共模放大倍数，就是Va，Vb输入相同信号时的放大倍数。如果共模放大倍数为0，则输入噪声对输出没有影响。

要减小共模放大倍数，加大RE就行通常使用内阻大的恒流电路来带替RE 差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广，只要将差放的一个输入端接地，即可得到单端输入的放大器。很多系统在差分放大器的一个输入端输入反馈信号，另一个输入端输入反馈信号，从而实现负反馈。常用于电机或者伺服电机控制，稳压电源，测量仪器以及信号放大。在离散电子学中，实现差分放大器的一个常用手段是差动放大，见于多数运算放大器集成电路中的差分电路。

差分放⼤电路

6.1集成电路运算放⼤器中的电流源

1．基本电流源

分压式射极偏置电路为基本电流源电路。当三级管⼯作在放⼤区，由于射极电流仅由两分压电阻决定，

因此当负载发⽣变化（也即集电极电阻发⽣变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特

性。

2．有源负载

由于电流源具有直流电阻⼩⽽交流电阻⼤的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使⽤，称

为有源负载。

3．电流源的应⽤

（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流；

（2）作为各放⼤级的有源负载，提⾼电压增益。

6.2差分式放⼤电路

主要作⽤：作为多级放⼤电路的输⼊级，抑制零点漂移。

⼀、基本差分放⼤电路

电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称。它有两个输⼊端，两个输出端，当

输出信号从任⼀集电极取出，称为单端输出，⽽当从两个集电极之间取出，则称为双端输出或浮动输出。

1．差分式放⼤电路的类型：

按输⼊和输出的⽅式分为：双端输⼊双端输出、双端输⼊单端输出、单端输⼊双端输出、单端输⼊单端输

出。

2．静态分析

静态是指⽆外输⼊信号时电路所处的状态。因此，在进⾏静态分析时，应把输⼊信号置零，即输⼊端短

路。

共⽤电阻Re在半电路中应等效为2*Re。

3．动态分析

（1）差模信号与共模信号

在讨论差分放⼤电路的性能特点时，必须先区分差模信号和共模信号这两个不同的概念，因为差分放⼤

电路对差模信号和共模信号具有完全不同的放⼤性能。

⼀对任意数值的输⼊信号可以⽤差模信号和共模信号来表⽰。通常，可以认为，共模信号是由⼀对幅值

相等、极性相同的输⼊信号组成，差模信号是由⼀对幅值相等、极性相反的输⼊信号组成。

（2）垂直对称⽹络的⼆等分

垂直对称⼆端⼝⽹络，当在两输⼊端分别加上幅值相等、极性相同的信号和幅值相等、极性相反的输⼊

信号时，其垂直对称线上分别等效为开路和对地短接。这样，⼀个⼆端⼝⽹络变分解为两个半⽹络。

（3）差模信号输⼊

将差分放⼤电路分解为两个半电路，在半电路中： 双端输⼊：共⽤电阻Re短接或恒流源交流短接；单端输⼊共⽤电阻Re或恒流源开路。

差分放大电路的原理

1,路成电电电电

差放大路的基本形式如电电电电电电电电电电电电2 -49所示, MA6116 由两个BJT管成,通常采电电电电电电用集成差分管,路构称。理想情况下,两管的特性及电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电

电电电电电电电电电电电电电电电电电电电阻元件的参数都相同,因而静工作点也相同。

信号电电u和u由两个管子的基极入,出甜。由两管的集极电电电电电电电电电电电电电电电电电i1i2

出。要求理想情况下,两管特性一致,路称构。电电电电电电电电

2,零点漂移的抑制

不管是温度是其他原因引起的漂移,只要是起两管同向的漂移,都可以予抑制。电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电

3,路入信号的三型电电电电电电电电电电电

(1)共模入信号电电电电

共模入信号指的是:两个大小相等,极性相同的入信号,即电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电u=u。在共模信号作用ili2下,于理想的完全称的差分放大路来,很然引起的集极位化相同,电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电?U=?U,根据u=u-u,可得u=0,所以差放大器共模信号没有电电电电电电电电电电电c1c2oc1c2o

放大作用。而零漂信号分折合到两个电电电电电电BJT管入端的温漂,正好相电电电电电电电电电电电电当于加了一共模信号,所以差分路抑制共模信号能力电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电

的大小,也即是它零漂抑制的能力。电电电电电电电电电

(2)差模入信号电电电电 差模入信号指的是:两个大小相等,极性相反的入信号,即电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电ui1=-ui2,TZ差放电电大器差模信号放大的程是:电电电电电电电电电电电电

当ui2>0电,ui2<0;甜,ui1信号引起T1管集极流增大,从而使?电电电电电电电电电电uc1<0;,Ui2信号使T2管集极流减小,从而使?电电电电电电电电电电uc2>0;电电电电电电电电电电电,两个管集极位一增一减异向等量化,有?电电电电电uc1=-?uc2=-?uc。根据uo=UCl-UC2,可得uo=-2?uc。因ua》uil,,uo,=2,ucl,,可,在差模入信号的作用下,差分放大电电电电电电电电电电电电电电电电电电电路两管集极之的出两管各自出电电电电电电电电电电电电电电电电电

1、直接耦合放大电路产生零点漂移的主要原因是_________。

(a) 电源电压的波动 (b) 晶体管参数受温度影响

(c) 晶体管参数的分散性

2、差分放大电路能够_________。

(a) 提高输入电阻 (b) 降低输出电阻 (c) 克服温漂

3、 典型的差分放大电路是利用_________来克服温漂。

(a) 电路的对称性 (b) 发射极公共电阻

(c) 电路的对称性和发射极公共电阻的负反馈作用

4、差分放大电路的差模信号是两个输入信号的_________。

(a) 和 (b) 差 (c) 平均值

5、差分放大电路的共模信号是两个输入信号的_________。

(a) 和 (b) 差 (c) 平均值

6、多级直接耦合放大器中，影响零点漂移最严重的一级是________。

(a) 输入级 (b) 中间级 (c) 增益最高的一级

7、共摸抑制比KCMR越大，表明电路_________。

(a) 放大倍数越稳定 (b) 交流放大倍数越大 (c) 抑制零漂的能力越强

8、差分放大电路如图所示。