差分放大器,差分放大器是什么意思

差分放大器

　[英]Differential amplifier
　　由兩個(gè)參數(shù)特性相同的晶體管用直接耦合方式構(gòu)成的放大器。若兩個(gè)輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號(hào)時(shí)，輸出為零，從而克服零點(diǎn)漂移。適于作直流放大器。
　　差分放大器是一種將兩個(gè)輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)“功放”）和發(fā)射極耦合邏輯電路 (ECL, Emitter Coupled Logic) 的輸入級(jí)。
　　差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個(gè)輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。
　　很多系統(tǒng)在差分放大器的一個(gè)輸入端輸入輸入信號(hào)，另一個(gè)輸入端輸入反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。常用于電機(jī)或者伺服電機(jī)控制，以及信號(hào)放大。在離散電子學(xué)中，實(shí)現(xiàn)差分放大器的一個(gè)常用手段是差動(dòng)放大，見(jiàn)于多數(shù)運(yùn)算放大器集成電路中的差分電路。
　　下圖為差分放大器電路圖，未顯示偏置等電路。

差分放大器是基本放大電路之一，由于它具有抑制零點(diǎn)漂移的優(yōu)異性能，因此得到廣泛的應(yīng)用，并成為集成電路中重要的基本單元電路，常作為集成運(yùn)算放大器的輸入級(jí)。

差分放大器電路圖，未顯示偏置等電路。

典型的差分放大器電路如圖1所示。即使在不對(duì)稱(chēng)的情況下，它也能較好地放大差模信號(hào)，而對(duì)共模信號(hào)的放大能力則很差，從而抑制了零點(diǎn)漂移。這一電路的特點(diǎn)，是在發(fā)射極串聯(lián)了一個(gè)電阻Re。通常Re取值較大，由于分占了穩(wěn)壓電源較大的電壓，使兩管的靜態(tài)工作點(diǎn)處于不合理的位置，因此引進(jìn)輔助電源EE（一般取EE = －EC），以抵消Re上的直流壓降，并為基極提供適當(dāng)?shù)钠谩?

如圖1所示，當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)，T1管的ic1增加，T2管的ic2減小，增減的量相等，因此兩管的電流通過(guò)Re的信號(hào)分量相等但方向相反，他們相互抵消，所以Re可視為短路，這時(shí)圖1中的差分放大器就變成了沒(méi)有Re的基本差分放大器電路，它對(duì)差模信號(hào)具有一定的放大能力。

對(duì)于共模信號(hào)，兩管的共模電流在Re上的方向是相同的，在取值較大的Re上產(chǎn)生較大的反饋電壓，深度的負(fù)反饋把放大倍數(shù)壓得很低，因此抑制了零點(diǎn)漂移。

從上述可知，對(duì)差分放大器來(lái)說(shuō)，其放大的信號(hào)分為兩種：一種是差模信號(hào)，這是需要放大的有用的信號(hào)，這種信號(hào)在放大器的雙端輸入時(shí)呈現(xiàn)大小相等，極性相反的特性；另一種是共模信號(hào)，這是要盡量抑制其放大作用的信號(hào)。

差模電壓放大倍數(shù)

對(duì)于差模信號(hào)，由于Uid1 = －Uid2，故射極電阻Re上的電流相互抵消，其壓降保持不變，即 ?UE = 0，可得到差模輸入時(shí)的交流等效電路，如圖2所示，由于電路對(duì)稱(chēng)，每個(gè)半邊與單管共射極放大器完全一樣。

雙端輸入——雙端輸出差分放大器的差模電壓放大倍數(shù)為：

可見(jiàn)Aud與單管共射極放大器的電壓放大倍數(shù)Au相同。

考慮負(fù)載RL后，雙端輸入——雙端輸出差分放大器的差模電壓放大倍數(shù)為：

共模電壓放大倍數(shù)

當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，Re上的壓降為?UE=2?IERe，在畫(huà)等效電路時(shí)把兩管拆開(kāi)，流過(guò)射極電路的電流為IE，為了保持電壓?UE不變，應(yīng)把每管的發(fā)射極電阻Re增加一倍，因此共模輸入時(shí)的交流通路如圖3所示。當(dāng)從兩管的集電極輸出時(shí)，如果電路完全對(duì)稱(chēng)，則輸出電壓Uoc= Uoc1－Uoc2=0，因此雙端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)Auc為：

從上述討論可知，共模電壓放大倍數(shù)越小，對(duì)共模信號(hào)的抑制作用就越強(qiáng)，放大器的性能就越好。在電路完全對(duì)稱(chēng)的條件下，雙端輸出的差分放大器對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力，完全抑制了零點(diǎn)漂移。實(shí)際上，電路不可能完全對(duì)稱(chēng)，Auc并不為零，但由于Re的負(fù)反饋?zhàn)饔茫瑢?duì)共模信號(hào)的抑制能力還是很強(qiáng)的。在Re取值足夠大的情況下，即使是單端輸出，也能把Auc1壓得很低。如果電路不對(duì)稱(chēng)，則（4）式不為零，所以雙端輸入——雙端輸出時(shí)的Auc應(yīng)寫(xiě)成：

Auc = Auc1 －Auc2 （7）

共模抑制比

共模抑制比指差分放大器的差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，即：

上式表明，提高共模抑制比的主要途徑是增加Re的阻值。但當(dāng)工作電流給定后，加大Re勢(shì)必要提高 |EC|。

為了在不用提高|EC|的情況下 ，能夠顯著地增大Re，可用晶體管構(gòu)成的恒流源來(lái)代替Re，如圖4中所示的T3，只要保證T3的UCEQ （1 ~ 2）V，則T3管“集—射”之間的交流阻抗可達(dá)幾十k歐姆~幾M歐姆。

圖4電路中的元件值分別為：

Rb11 = Rb12 = 300k歐姆， Rb21 = Rb22 = 22 k歐姆， Rc1 = Rc2 = 10k歐姆， R = 510歐姆，R2 = 270 k歐姆，Re3 = 1.2 k歐姆，RL = 100 k歐姆，RW為150歐姆電位器，T3為3DG6，T1、T2為3DG6對(duì)管，2CW1S為穩(wěn)壓管。