差分放大电路知识总结

Posted 2022-08-11 iriczhao

本文摘自：http://m.elecfans.com/article/650645.html

什么是差分放大电路

　　差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。

　　差分放大电路：按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分：有典型电路和射极带恒流源的电路两种。

　　（a）射极偏置差放（b）电流源偏置差放

　　差放有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。因此，差分放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。

　　（a）电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中植入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的抑制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻Rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻。

　　差分放大器工作状态

　　上图a电路，是输入信号IN1=IN2的状态。

　　（1）因输入端的“虚断”特性，同相输入端为高阻态，其输入电压值仅仅取决于R1、R2分压值，为2V。同相输入端的2V电压可以看作成为输入端比较基准电压；

　　（2）因两输入端的“虚短”特性，可进而推知其反相输入端，即R3、R4串联分压电路，其b点=a点=2V。这是反馈电压。放大器的控制目的是使反馈电压等于基准电压；

　　（3）由R1=R3，R2=R4条件可知，放大器输出端只有处于“虚地”状态，即输出端为0V，才能满足b点=a点=2V，这可以由此导出差分放大器的一个工作特征。

　　上图b中的（1）电路，是IN1》IN2的状态。

　　（1）此时因同相输入端电压高于反相输入端，输出端电压往正方向变化，其R3、R4偏置电路中的电流方向如图所示；

　　（2）由R3、R4的阻值比例可知，R3两端电压降为（2.8V－1.5V）/10k，则R4两端电压降为1.3V×4=5.2V，输出端电压为2.8V+5.2V＝8V。

　　（4）此时的输入电压差为IN1-IN=2V，输出电压为8V。显然，该差分放大器的差分电压放大倍数=R4/R3是4倍压差分放大器。由此可以推知差分放大器的差分输入放大倍数为（1N1-IN2）×R4/R3=-OUT

　　上图b中的（2）电路，是IN1《IN2的状态。

　　此时因反同相输入端电压高于同相输入端，输出端电压往负方向变化，其R3、R4偏置电路中的电流方向如图所示。同样，依R3、R4的阻值比例可推知，在此输入条件下，输出端电压为-8V，电路依然将输入差分信号放大了4倍。

　　从电路的工作（故障）状态判断来说，直接测量R3、R4串联电路的分压状态，只要R3、R4串联分压是成立的，则电路就大致上（起码运放芯片）就是好的；电路的电压放大倍数也由此得出；只要测量输入电压差（R1、R3左端电压差），再测量输出端电压进行比较，则外围偏置电路的好坏。

　　差分放大电路的接法大全

　　1、双端输入单端输出电路

　　电路如右图所示，为双端输入、单端输出差分放大电路。由于电路参数不对称，影响了静态工作点和动态参数。

　　直流分析：

　　画出其直流通路如右下图所示，图中和是利用戴维宁定理进行变换得出的等效电源和电阻，其表达式分别为：

　　交流分析：

　　在差模信号作用时，负载电阻仅取得T1管集电极电位的变化量，所以与双端输出电路相比，其差模放大倍数的数值减小。

　　如右下图所示为差模信号的等效电路。在差模信号作用时，由于T1管与T2管中电流大小相等方向相反，所以发射极相当于接地。

　　输出电压

　　一半。如果输入差模信号极性不变，而输出信号取自T2管的集电极，则输出与输入同相。当输入共模信号时，由于两边电路的输入信号大小相等极性相同。与输出电压相关的T1管一边电路对共模信号的等效电路如下

　　共模抑制比

　　结论：Re愈大，Ac的值愈小，Kcmr愈大，电路的性能愈好。

　　2、单端输入、双端输出电路

　　如下图（a）所示为单端输入、双端输出电路。电路对于差模信号是通过发射极相连的方式将T，管的发射极电流传递到T，管的发射极的，故称这种电路为射极耦合电路。

　　如图（b）所示将输入信号进行等效变换，可看出，两输入端分别输入了差模信号和共模信号。

　　可见，单端输入电路与双端输入电路的区别在于：差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。

　　输出电压

　　静态工作点以及动态参数的分析完全与双端输入、双端输出相同。

　　3、单端输入、单端输出电路

　　如右图所示为单端输入、单端输出电路，该电路对静态工作点、差模增益、共模增益、输入与输出电阻的分析与单端输出电路相同。对输入信号的作用分析与单端输入电路相同。