干貨｜教你輕松掌握差分放大電路

電子工程世界EEWorld

2021年9月1日 10:42

要想掌握差分放大電路，首先就要知道什么是差分放大電路以及它的作用。差分放大電路是模擬集成運算放大器輸入級所采用的的電路形式，差分放大電路是由對稱的兩個基本放大電路，通過射極公共電阻耦合構成的，對稱的意思就是說兩個三極管的特性都是一致的，電路參數一致，同時具有兩個輸入信號。

它的作用是能夠有效穩定靜態工作點，同時具有抑制共模信號，放大差模信號等顯著特點，廣泛應用于直接耦合電路和測量電路輸入端。

差模放大電路特點

電路兩邊對稱
兩個管子公用發射機電阻Re
具有兩個信號輸入端
信號既可以雙端輸出，也可以單端輸出

共模信號：大小幅度相等極性相同的輸入信號

差模信號：大小幅度相等極性相反的輸入信號

差分放大電路具有抑制零漂移穩定靜態工作點，和抑制共模信號等作用，接下來一一分析。

首先我們的電路的工作環境溫度并不是一成不變的，也就是說是時刻變化著的，還有直流電源的波動，元器件老化，特性發生變化都會引起零漂和靜態工作點變化。

通常在阻容耦合放大電路中，前一級的輸出的變化的漂移電壓都落在耦合電容上，不會傳入下一級放大電路。

但在直接耦合放大電路中，這種漂移電壓和有用的信號一起送到下一級被放大，導致電路不能正常工作，所以要采取措施，抑制溫度漂移，雖然耦合電容可以隔離上一級溫漂電壓，但是很多時候我們要接受處理的是很多微弱的、變化緩慢的弱信號，這類信號不足以驅動負載，必須經過放大。又不能通過耦合電容傳遞，所以必須通過直接耦合放大電路，那么直接耦合典型電路：就是差分放大電路。

通常克服溫漂的方法是引入直流負反饋，或者溫度補償。

接下來談談直接耦合電路中，差分放大電路如何抑制零漂電壓穩定工作點，和抑制共模信號，并放大差分信號的。

抑制零漂的原理

下面以電路雙端輸出為例:

首先T1和T2特性相同，電路兩邊對稱，在輸入電壓Vi1=Vi2=0V當溫度T一定時，流過T1的電極電流與流過T2集電極的電流一致即ic1=ic2，那么T1和T2上兩個集電極電阻的壓降是相等的所以Uo1=Uo2那么輸出電壓Uo就等于零即Uo1-Uo2=Uo=0所以這個電路可以抑制零漂的。

那么當溫度增加△T的時候還能抑制零漂嗎？答案是能，因為兩邊對稱性能是一樣的它們工作在統一環境下，當溫度上升△T時，流過兩個管子集電極的電流也是相等的,即（ic1+△ic1）=（ic2+△ic1）那么加在兩個集電極的電壓也是相同的，所以輸出電壓Uo任然為0。所以在雙端輸出的情況下，零漂為0。

那么在單端輸出的時候還可以抑制零漂嗎? 當然可以，在單端輸出時可以取值Uo1或者Uo2，這里以Uo1輸出為例，因為射極電阻Re的負反饋作用，并且Re是T1和T2射極的共用電阻所以流過Re的電流是2倍的ie所以負反饋作用更好，所以可以穩定靜態工作點，抑制零漂。

共模信號：當Vi1與Vi2大小相等，極性相同的輸入信號時，共模信號的作用，對兩管的作用是同向的，將引起兩管電流同量的增加，集電極電位也同量的減小，因此兩管集電極輸出共模電壓Uo=Uo1-Uo2=0，差分放大電路對共模信號有很好的抑制作用。
差模信號：當Vi1與Vi2大小相等，極性相反的輸入信號時，由于信號的極性相反，因此T1管集電極電流增大而T2管集電極電流減小，且增大量和減小量相等。另外由于輸入差模信號，兩管輸出端電位變化時，一端上升，另一端降低，且升高量等于降低量,所以差分電路對輸入信號電壓的差值是有用的，因此電路被稱為差分放大電路。

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