双差分电路的原理和应用

双差分对频谱搬移电路如图5-3-4所示。它由3个基本的差分电路组成，可看成由2个单差分对电路组成。VT1、VT2、VT5组成差分对电路Ⅰ，VT3、VT4、VT6组成差分对电路Ⅱ，两个差分对电路的输出端交叉耦合。输入电压uA交叉地加到两个差分对管的输入端，输入电压uB则加到VT5和VT6组成的差分对管输入端，3个差分对都是差模输入。双差分对每边的输出电流为两差分对管相应边的输出电流之和，因此，双端输出时，它的差分输出电流为

图5-3-4　双差分对频谱搬移电路

式中，(i1-i2)是左边差分对管的差分输出电流，(i4-i3)是右边差分对管的差分输出电流，分别为

由此可得

式中，是VT5和VT6差分对管的差分输出电流，为

带入公式（5-3-17），得到

由此可见，双差分对的差分输出电流io与两个输入电压uA、uB之间均为非线性关系。用作频谱搬移电路时，输入信号u1和控制信号u2可以任意加在两个非线性通道中，而单差分对电路的输出频率分量与这两个信号所加的位置是有关的。当u1＝U1cos ω1t，u2＝U2cos ω2t 时，带入式（5-3-19）有

有ω1与ω2的各阶奇次谐波分量的组合分量，其中包括两个信号乘积项，但不能等效为一理想乘法器。若U1、U2＜26mV，非线性关系可近似为线性关系，式（5-3-19）为理想的乘法器。

作为乘法器时，由于要求输入电压幅度要小，因而uA、uB的动态范围较小。为了扩大uB的动态范围，可以在VT5和VT6的发射极上接入负反馈电阻Re2，如图5-3-5所示。当每管的rbb′可忽略，并设Re2的滑动点处于中间值时，有

图5-3-5　双差分对频谱搬移电路

若Re2足够大，满足深反馈条件，即

式（5-3-23）可简化为

上式表明，接入负反馈电阻，且满足式（5-3-24）时，差分对管VT5和VT6的差分输出电流近似与uB成正比，而与I0的大小无关。应该指出，这个结论必须在两管均工作在放大区条件下才成立。工作在放大区内，可近似认为ie5和ie6均大于零。考虑到ie5+ie6＝I0，则由式（5-3-25）可知，为了保证ie5和ie6大于零，uB的最大动态范围为

将式（5-3-25）代入式（5-3-19），双差分对的差分输出电流可近似为

上式表明双差分对工作在线性时变状态。若uA足够小时，结论与式（5-3-21）类似。如果uA足够大，工作到传输特性的平坦区，则上式可进一步表示为开关工作状态，即

综上所述，施加反馈电阻后，双差分对电路工作在线性时变状态或开关工作状态，因而特别适合用来作频谱搬移电路。例如，作为双边带振幅调制电路或相移键控调制电路时，uA加载波电压，uB加调制信号，输出端接中心频率为载波频率的带通滤波器；作为同步检波电路时，uA为恢复载波，uB加输入信号，输出端接低通滤波器；作为混频电路时，uA加本振电压，uB加输入信号，输出端接中频滤波器。

双差分电路具有结构简单、有增益、无须变压器、易于集成化、对称性精确、体积小等优点，因而得到广泛的应用。双差分电路是集成模拟乘法器的核心。差分对作为放大器时是四端网络，其工作点不变，不产生新的频率分量。差分对作为频谱线性搬移电路时，为六端网络。两个输入电压中，一个用来改变工作点，使跨导变为时变跨导；另一个则作为输入信号，以时变跨导进行放大，因此称为时变跨导放大器。这种线性时变电路，即使工作于线性区，也能产生新的频率成分，完成相乘功能。(www.xing528.com)