差分放大器,差分放大器是什么意思

差分放大器

　[英]Differential amplifier
　　由兩個參數特性相同的晶體管用直接耦合方式構成的放大器。若兩個輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號時，輸出為零，從而克服零點漂移。適于作直流放大器。
　　差分放大器是一種將兩個輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器，有時簡稱為“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器（簡稱“功放”）和發射極耦合邏輯電路 (ECL, Emitter Coupled Logic) 的輸入級。
　　差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。
　　很多系統在差分放大器的一個輸入端輸入輸入信號，另一個輸入端輸入反饋信號，從而實現負反饋。常用于電機或者伺服電機控制，以及信號放大。在離散電子學中，實現差分放大器的一個常用手段是差動放大，見于多數運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漂移的優異性能，因此得到廣泛的應用，并成為集成電路中重要的基本單元電路，常作為集成運算放大器的輸入級。

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。即使在不對稱的情況下，它也能較好地放大差模信號，而對共模信號的放大能力則很差，從而抑制了零點漂移。這一電路的特點，是在發射極串聯了一個電阻Re。通常Re取值較大，由于分占了穩壓電源較大的電壓，使兩管的靜態工作點處于不合理的位置，因此引進輔助電源EE（一般取EE = －EC），以抵消Re上的直流壓降，并為基極提供適當的偏置。

如圖1所示，當輸入差模信號時，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Re的信號分量相等但方向相反，他們相互抵消，所以Re可視為短路，這時圖1中的差分放大器就變成了沒有Re的基本差分放大器電路，它對差模信號具有一定的放大能力。

對于共模信號，兩管的共模電流在Re上的方向是相同的，在取值較大的Re上產生較大的反饋電壓，深度的負反饋把放大倍數壓得很低，因此抑制了零點漂移。

從上述可知，對差分放大器來說，其放大的信號分為兩種：一種是差模信號，這是需要放大的有用的信號，這種信號在放大器的雙端輸入時呈現大小相等，極性相反的特性；另一種是共模信號，這是要盡量抑制其放大作用的信號。

差模電壓放大倍數

對于差模信號，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，可得到差模輸入時的交流等效電路，如圖2所示，由于電路對稱，每個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為：

可見Aud與單管共射極放大器的電壓放大倍數Au相同。

考慮負載RL后，雙端輸入——雙端輸出差分放大器的差模電壓放大倍數為：

共模電壓放大倍數

當輸入共模信號時，Re上的壓降為?UE=2?IERe，在畫等效電路時把兩管拆開，流過射極電路的電流為IE，為了保持電壓?UE不變，應把每管的發射極電阻Re增加一倍，因此共模輸入時的交流通路如圖3所示。當從兩管的集電極輸出時，如果電路完全對稱，則輸出電壓Uoc= Uoc1－Uoc2=0，因此雙端輸出時的共模電壓放大倍數Auc為：

從上述討論可知，共模電壓放大倍數越小，對共模信號的抑制作用就越強，放大器的性能就越好。在電路完全對稱的條件下，雙端輸出的差分放大器對共模信號沒有放大能力，完全抑制了零點漂移。實際上，電路不可能完全對稱，Auc并不為零，但由于Re的負反饋作用，對共模信號的抑制能力還是很強的。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。如果電路不對稱，則（4）式不為零，所以雙端輸入——雙端輸出時的Auc應寫成：

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與共模電壓放大倍數之比，即：

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

為了在不用提高|EC|的情況下 ，能夠顯著地增大Re，可用晶體管構成的恒流源來代替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對管，2CW1S為穩壓管。