差分放大器在集成運(yùn)放中的主要作用

1. 引言

差分放大器是一種特殊的放大器，它能夠放大兩個輸入信號之間的差值，而抑制共模信號。這種特性使得差分放大器在許多應(yīng)用中具有優(yōu)勢，如信號放大、濾波、比較等。在集成運(yùn)放中，差分放大器作為輸入級，對信號進(jìn)行初步放大和處理，為后續(xù)的放大和處理提供高質(zhì)量的信號源。

2. 差分放大器的工作原理

2.1 差分放大器的基本結(jié)構(gòu)

差分放大器由兩個晶體管組成，它們的基極分別連接到兩個輸入端，發(fā)射極連接到共同的電阻，集電極分別連接到各自的負(fù)載電阻。這種結(jié)構(gòu)可以看作是兩個共射放大器的組合，它們共享一個公共的發(fā)射極。

2.2 差分放大器的工作原理

差分放大器的工作原理基于兩個晶體管的電流變化。當(dāng)兩個輸入端的電壓發(fā)生變化時，兩個晶體管的基極-發(fā)射極電壓也會發(fā)生變化，從而影響它們的基極電流。由于兩個晶體管的發(fā)射極連接在一起，它們的基極電流之差將流過共同的發(fā)射極電阻，產(chǎn)生一個電壓差，這個電壓差就是差分放大器的輸出。

2.3 差分放大器的特點(diǎn)

差分放大器具有以下特點(diǎn)：

（1）高輸入阻抗：由于兩個晶體管的基極電流非常小，差分放大器的輸入阻抗非常高。

（2）高增益：差分放大器的增益取決于負(fù)載電阻和發(fā)射極電阻的比值，可以設(shè)計得非常高。

（3）低噪聲：由于差分放大器只放大兩個輸入信號之間的差值，而抑制共模信號，因此具有較低的噪聲。

3. 差分放大器的電路結(jié)構(gòu)

3.1 基本差分放大器

基本差分放大器由兩個晶體管、一個發(fā)射極電阻和兩個負(fù)載電阻組成。這種結(jié)構(gòu)簡單，但存在一些問題，如輸入偏置電流和失調(diào)電壓。

3.2 改進(jìn)型差分放大器

為了解決基本差分放大器的問題，可以采用改進(jìn)型差分放大器。改進(jìn)型差分放大器在基本差分放大器的基礎(chǔ)上，增加了一些元件，如偏置電路、恒流源等。

3.2.1 增加偏置電路

為了消除輸入偏置電流的影響，可以在兩個晶體管的基極之間增加一個偏置電阻，使得兩個晶體管的基極電流相等。

3.2.2 增加恒流源

為了提高差分放大器的穩(wěn)定性和線性度，可以在發(fā)射極電阻上增加一個恒流源。恒流源可以保證發(fā)射極電流的穩(wěn)定性，從而提高差分放大器的性能。

3.2.3 增加共模抑制電路

為了進(jìn)一步提高差分放大器的共模抑制能力，可以在電路中增加共模抑制電路。共模抑制電路可以有效地抑制共模信號，提高差分放大器的性能。

4. 差分放大器的性能指標(biāo)

4.1 增益

差分放大器的增益取決于負(fù)載電阻和發(fā)射極電阻的比值。增益越高，放大能力越強(qiáng)，但同時也會增加噪聲和失真。

4.2 輸入阻抗

差分放大器的輸入阻抗取決于兩個晶體管的基極電阻。輸入阻抗越高，對信號源的負(fù)載影響越小，但同時也會增加噪聲。

4.3 共模抑制比

共模抑制比是差分放大器抑制共模信號的能力，通常用分貝（dB）表示。共模抑制比越高，差分放大器的性能越好。

4.4 線性度

線性度是差分放大器在放大過程中信號失真的程度。線性度越高，差分放大器的性能越好。

4.5 帶寬

帶寬是差分放大器能夠處理的信號頻率范圍。帶寬越寬，差分放大器的應(yīng)用范圍越廣。