差分放大電路常見的形式

差分放大電路常見的形式有三種：基本形式、長尾式和恒流源式。

一、基本形式差分放大電路

1．電路組成

將兩個電路結構、參數均相同的單管放大電路組合在一起，就成為差分放大電路的基本形式，如下圖所示。輸入電壓分成相同的兩部分加到兩管的基極，輸出電壓等于兩管的集電極電壓之差。

假設VT1和VT2的特性完全相同，相應的電阻也完全一致，則當輸入電壓等于零時，UCQ1＝UCQ2，即UO＝0。如果溫度升高使ICQ1增大，UCQ1降低，則由于電路結構對稱，ICQ2也將增大，UCQ2也將降低，而且兩管變化的幅度相等，結果VT1和VT2輸出端的零點漂移將互相抵消。

2．電壓放大倍數

當外加一個輸入電壓時，由于電路結構對稱，VT1和VT2基極得到的輸入電壓將大小相等，但極性相反，如上圖所示。這樣的輸入電壓稱為差模輸入電壓，用uId，則放大電路輸出電壓的變化量為

△uo＝△uC1－△uC2=△uID

所以差分放大電路的差模電壓放大倍數為

Ad=Au1 (4.2.5)

上式表明，差分放大電路的差模電壓放大倍數和單管放大電路的電壓放大倍數相同。可以看出，差分放大電路的特點是，多用一個放大管后，雖然電壓放大倍數沒有增加，但是換來了對零漂的抑制。

但是從抑制零漂的效果來看，基本形式的差分放大電路并不理想。其原因是電路兩側的管子特性和元件參數不可能完全相同，因此兩個三極管輸出端的溫漂也不可能完全抵消。為了衡量對零漂的抑制效果，需要提出一個技術指標，這就是共模抑制比。

3．共模抑制比

差分放大電路的輸入電壓有兩種形式，一種是差模輸入電壓uId，即兩個差放管的輸入電壓大小相等，但極性相反，見上圖。另一種是共模輸入電壓，即兩個差放管的輸入電壓大小相等，且極性相同，用uIc表示，見下圖。

如果溫度變化，兩個差放管的電流將按相同的方向一起增大或減小，相當于給放大電路加上一個共模輸入信號。所以可以認為，差模輸入信號反映了有效的信號，而共模輸入信號可以反映由于溫度變化等原因而產生的漂移信號或其他干擾信號。

放大電路對差模輸入電壓的放大倍數稱為差模電壓放大倍數，用Ad表示，即

 　　　　　(4.2.6)

而放大電路對共模輸入電壓的放大倍數稱為共模電壓放大倍數，用Ac表示，即

　　　　　(4.2.7)

通常希望差分放大電路的差模電壓放大倍數愈大愈好，而共模電壓放大倍數愈小愈好。

差分放大電路找人模抑制比用符號KCMR表示，它的定義為差模電壓放大倍數與共模電壓放大倍數之比，一般用對數表示，單位為分貝，即

　　　　　　(4.2.8)

共模抑制比描述差分放大電路對零漂的抑制能力。KCMR愈大，說明抑制零漂的能力愈強。在理想情況下，差分放大電路兩側的參數完全對稱，兩管輸出端的溫漂完全抵消，則共模電壓放大倍數Ac＝0，共模抑制比KCMR＝∞。

對于基本形式的差分放大電路來說，由于內部參數不可能絕對匹配，所以輸出電壓UO仍然存在溫度漂移，共模抑制比很低。而且，從每個三極管的集電極對地電壓來看，其溫度漂移與單管放大電路相同，絲毫沒有改善。因此，在實際工作中一般不采用這種基本形式的差分放大電路。

二、長尾式差分放大電路

為了減小每個管子輸出端的溫漂，引出了長尾式差分放大電路。

1．電路組成

在兩個放大管的發射極接入一個發射極電阻Re，如下圖所示。這個電阻一般稱為“長尾”，所以這種電路稱為長尾式差分放大電路。

長尾電阻Re的作用是引入一個共模負反饋，也就是說，Re對共模信號有負反饋作用，而對并模信號沒有負反饋作用。假設在電路輸入端加上正的共模信號，則兩個管子的集電極電流iC1、iC2同時增加，使流過發射極電阻Re的電流iE增加，于是發射極電位uE升高，反饋到兩管的基極回路中，使uBE1、uBE2降低，從而限制了iC1、iC2的增加。

但是對于差模輸入信號，由于兩管的輸入信號幅度相等而極性相反，所以iC1增加多少，i C2就減少同樣的數量，因而流過RE的電流總量保持不變，則△uE＝0，所以對于差模信號沒有反饋作用。

Re愈大，共模負反饋愈強，則抑制零漂的效果愈好。但是，隨著Re的增大，Re上的直流壓降將愈來愈大。為此，在電路中引入一個負電源VEE來補償Re上的直流壓降，以免輸出電壓變化范圍大小。引入VEE以后，靜態基極電流可由VEE提供，因此可以不接基極電阻Rb，如上圖所示。

2．靜態分析

當輸入電壓等于零時，由于電路結構對稱，故設IBQ1＝IBQ2＝IBQ，ICQ1＝ICQ2＝ICQ，UBEQ1＝UBQ2＝UBQ，UCQ1＝UCQ2＝UCQ，β1＝β2＝β，由三極管的基極回路可得靜態集電極電流和電位為

ICQ≈βIBQ

UCQ＝VCC－ICQRC（對地）

靜態基極電位為

UBQ=－IBQR（對地）　　　　　　（4．2．12）

三、恒流源式差分放大電路

1．電路組成

恒流源式差分放大電路如下圖所示。由圖可見，恒流管VT3的基極電位由電阻Rb1、Rb2分壓后得到，可認為基本不受溫度變化的影響，則當溫度變化時VT3的發射極電位和發射極電流也基本保持穩定，而兩個放大管的集電極電流iC1和iC2之和近似等于iC3，所以iC1和iC2將不會因溫度的變化而同時增大或減小，可見，接入恒流三極管后，抑制了共模信號的變化。

有時，為了簡化起見，常常不把恒流式差分放大電路中恒流管VT3的具體電路畫出，而采用一個簡化的恒流源符號來表示，如下圖所示。

2．靜態分析

估算恒流源式差分別電路的靜態工作點時，通常可以從確定恒流三極管的電流開始。當忽略VT3的基流時，可得到兩個放大管的靜態電流和電壓為

ICQ1=0.5ICQ3 (4.2.18)

UBQ1= - IBQ1R (4.21)

四、差分放大電路的輸入、輸出接法

差分放大電路有兩個放大三極管，它們的基極和集電極分別是放大電路的兩個輸入端和兩個輸出端。差分放大的輸入、輸出端可以有四種不同的接法，即差分輸入、雙端輸出，差分輸入、單端輸出，單端輸入、雙端輸出和單端輸入、單端輸出，如下圖所示。當輸入、輸出的接法不同時，放大電路的性能、特點也不盡相同，下面分別進行介紹。

1．差分輸入、雙端輸出

電路見上圖（a）。

2．差分輸入、單端輸出

電路見上圖（b）。由于只從三極管VT1的集電極輸出，而另一管VT2集電極的電壓變化沒有輸出，所以△uO約為雙端輸出時的一半,

如改從VT2集電極輸出，則輸出電壓將與輸入電壓同相，即Ad的表達式中沒有負號。

差模輸入電阻和輸出電阻為

Rid＝2（R＋rbe）　　　　　　（4．2．23）

RO＝Rc　　　　　　　　　　（4．2．24）

這種接法常用于將差分信號轉換為單端信號，以便與后面的放大級實現共地。

3．單端輸入、雙端輸出

在單端輸入的情況下，輸入電壓只加在某一個三極管的基極與公共端之間，另一管的基極接地，如上圖（c）所示。現在來分析一下單端輸入時兩個三極管的工作情況

在上圖（c）中，設某個瞬時輸入電壓極性為正，則VT1的集電極電流iC1將增大，流過長尾電阻Re或恒流管的電流也隨之增大，于是發射極電位uE升高，但VT2基極回路的電壓uBE2－uB2－uE將降低，使VT2的集電極電流iC2減小。可見，在單端輸入時，仍然是一個三極管的電流增大，另一管電流減小。

因長尾電阻或恒流三極管引入的共模負反饋將阻止iC1和iC2同時增大或減小，故當共模負反饋足夠強時，可認為iC1和iC2之和基本上不變，即△iC1＋△iC2≈0，或△iC1≈-△iC2。說明在單端輸入時，發射極電壓uE將隨輸入電壓uI變化，當共模反饋足夠強時，可認為VT1的輸入電壓△uBE1=△u1－△uE，VT2的輸入電壓△uBE2=－△uE。由此可知，△uBE1與△uBE2大小近似相等而極性相反，即兩個三極管仍然基本上工作在差分狀態。這種接法主要用于單端信號轉換為雙端輸出，以便作為下一級的差分輸入信號。

4．單端輸入、單端輸出

電路如上圖（d）所示。由于從單端輸出，所以其差模電壓放大倍數約為雙端輸出時的一半。

如果改從VT2的集電極輸出，則以上Ad的表達式中沒有負號，即輸出電壓與輸入電壓相同。

這種接法的特點是在單端輸入和單端輸出的情況與，比一般的單管放大電路具有較強的抑制零漂的能力。另外，通過從不同的三極管集電極輸出，可使輸出電壓與輸入電壓成反相或同相關系。

總之，根據以上對差分放大電路輸入、輸出端四種不同接法的分析，可以得出以下幾個結論：

①雙端輸出時，差模電壓放大倍數基本上與單管放大電路的電壓放大倍數相同；單端輸出時，Ad約為雙端輸出時的一半。

②雙端輸出時，輸出電阻RO＝2RC；單端輸出時，RO=RC。

③雙端輸出時，因為兩管集電極電壓的溫漂互相抵消，所以在理想情況下共模抑制比KCMT＝∞；單端輸出時，由于通過長尾電阻或恒流三極管引入了很強的共模負反饋，因此仍能得到較高的共模抑制比，當然不知雙端輸出時間高。

④單端輸出時，可以選擇從不同的三極管輸出，而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。

⑤單端輸入時，由于引入了很強的共模負反饋，兩個三極管仍基本上工作在養分狀態。

⑥單端輸入時，從一個三極管到公共端之間的差模輸入電阻Rid≈2（R＋reb）.

現將四種不同接法時差分放大電路的主要性能和特點列出表4－1中，以便對照比較。