模擬電子電路中差分放大電路的分析

　　差分放大器原理　　

　　差分放大器也叫差動(dòng)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)。

? ? ? ? ? 如果Q1 Q2的特性很相似，則Va，Vb將同樣變化。例如，Va變化+1V，Vb也變化+1V，因?yàn)檩敵鲭妷篤OUT=Va-Vb=0V，即Va的變化與Vb的變化相互抵消。這就是差動(dòng)放大器可以作直流信號(hào)放大的原因。 若差放的兩個(gè)輸入為，則它的輸出Vout為：

　　其中Ad是差模增益 （differential-mode gain），Ac是共模增益 （common-mode gain）。

　　因此為了提高信/噪比，應(yīng)提高差動(dòng)放大倍數(shù)，降低共模放大倍數(shù)。二者之比稱(chēng)做共模仰制比（CMRR， common-mode rejection ratio）。共模放大倍數(shù)AC可用下式求出：

　　Ac=2Rl/2Re

　　通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比 （CMRR， common-mode rejection ratio） 衡量差分放大器消除共模信號(hào)的能力：

　　由上式可知，當(dāng)共模增益Ac→0時(shí)，CMRR→∞。Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。因此對(duì)于完全對(duì)稱(chēng)的差分放大器來(lái)說(shuō)，其Ac = 0，故輸出電壓可以表示為：

　　所謂共模放大倍數(shù)，就是Va，Vb輸入相同信號(hào)時(shí)的放大倍數(shù)。如果共模放大倍數(shù)為0，則輸入噪聲對(duì)輸出沒(méi)有影響。

　　要減小共模放大倍數(shù)，加大RE就行通常使用內(nèi)阻大的恒流電路來(lái)帶替RE

　　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)輸入端輸入反饋信號(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，穩(wěn)壓電源，測(cè)量?jī)x器以及信號(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。

　　單端輸出的差動(dòng)放大電路 （不平衡輸出）

　　當(dāng)Vo被在Q1或Q2的集極C對(duì)地取出時(shí)， 稱(chēng)為單端Single ended或不平衡輸出Unbalance Output。

　　單端較差動(dòng)輸出之幅度小一倍，使用單端輸出時(shí)，共模訊號(hào)不能被抑制，因Vi1與Vi2同時(shí)增加，VC1與VC2則減少，而且VC1=VC2，但Vo =VC2，并非于零（產(chǎn)生零點(diǎn)漂移）。

　　但是加大RE阻值可以增大負(fù)回輸而抑制輸出，并且抑制共模訊號(hào)，因Vi1=Vi2時(shí)， Ii1及Ii2也同時(shí)增加，IE亦上升而令VE升高，這對(duì)Q1和Q2產(chǎn)生負(fù)回輸， 令Q1和Q2之增益減少，即Vo減少。

　　當(dāng)差動(dòng)訊號(hào)輸入時(shí)，Vi1 = -Vi2，IC1增加而IC2減少，總電流IE = IC1 + IC2便不變， 因此VE也不變，加大RE電阻值之電路會(huì)將差動(dòng)訊號(hào)放大，不會(huì)對(duì)Q1及Q2產(chǎn)生負(fù)回輸及抑制。