简单差动放大电路设计

差动放大电路又称为差分放大器。这种电路能有效地减少三极管的参数随温度变化所引起的漂移，较好地解决了在直流放大器中放大倍数和零点漂移的矛盾，因而在分立元件和集成电路中获得了十分广泛的应用。

1.电路组成和工作原理

简单差动放大电路如图4-3所示，它由两个完全对称的单管放大电路构成，有两个输入端和两个输出端。其中三极管T1、T2的参数和特性完全相同（如β1=β2=β 等），RB1=RB2=RB，RC1=RC2=RC。显然，两个单管放大电路的静态工作点和电压增益等均相同。当然，实际电路总存在一定的差异，不可能完全对称，但在集成电路中，这种差异很小。

由于两管电路完全对称，因此，静态（ui=0）时，直流工作点UC1=UC2，此时电路的输出uo=UC1-UC2=0（这种情况称为零输入时零输出）。当温度变化引起管子参数变化时，每一单管放大器的工作点必然随之改变（存在零漂），但由于电路的对称性，UC1和UC2同时增大或减小，并保持UC1=UC2，即始终有输出电压uo=0，或者说零漂被抑制了。这就是差动放大电路抑制零漂的原理。

图4-3　简单差动放大电路

设每个单管放大电路的放大倍数为Au1，在电路完全对称的情况下，有

显然uo1=Au1ui1，uo2=Au1ui2，而差动放大电路的输出取自两个对称单管放大电路的两个输出端之间（称为平衡输出或双端输出），其输出电压

由式（4-2）可知，差动放大电路输出电压与两单管放大电路的输入电压之差成正比，“差动”的概念由此而来。

实际的输入信号（即有用信号）电压通常加到两个输入端之间（称为平衡输入或双端输入），由于电路对称，因此两管的发射结电流大小相等、方向相反，此时若一管的输出电压升高，另一管则降低，且有uo1=-uo2，所以uo=uo1-uo2=2uo1，因此输出电压不但不会为0，反而比单管输出大一倍。这就是差动放大电路可以有效放大有用输入信号的原理。

设有用信号输入时，两管各自的输入电压（参考方向均为b极指向e极）分别用uid1和uid2表示，则有uid1=ui/2，uid2=-ui/2，uid1=-uid2。

显然，uid1与uid2大小相等、极性相反，通常称它们为一对差模输入信号或差模信号。而电路的差动输入信号则为两管差模输入信号之差，即uid=uid1-uid2=2uid1=ui。在只有差模输入电压uid作用时，差动放大电路的输出电压就是差动输出电压uod。通常把输入差模信号时的放大器增益称为差模增益，用Aud表示，即

显然，差模增益就是通常的放大器的电压增益，对于简单差动放大电路，有

差模增益Aud表示电路放大有用信号的能力。一般情况下要求|Aud|尽可能大。(www.xing528.com)

以上讨论的是差动放大电如何放大有用信号。下面介绍它是如何抑制零漂信号（即共模信号）的。

设在一定的温度变化值ΔT的情况下，两个单管放大器的输出漂移电压分别为uoc1和uoc2，uoc1和uoc2折合到各自输入端的等效输入漂移电压分别为uic1和uic2，显然有

将uic1与uic2分别加到差动放大电路的两个输入端，它们大小相等、极性相同，通常称它们为一对共模输入信号或共模信号。共模信号可以表示为uic1=uic2=uic。显然，共模信号并不是实际的有用信号，而是温度等因素变化所产生的漂移或干扰信号，因此需要进行抑制。

当只有共模输入电压uic作用时，差动放大电路的输出电压就是共模输出电压uoc，通常把输入共模信号时的放大器增益称为共模增益，用Auc表示，则

在电路完全对称情况下，差动放大电路双端输出时的uoc=0，则Auc=0。共模增益Auc表示电路抑制共模信号的能力。|Auc|越小，电路抑制共模信号的能力也越强。当然，实际差动放大电路的两个单管放大器不可能做到完全对称，因此Auc不可能完全等于0。

需要指出的是，差动放大电路实际工作时，总是既存在差模信号，也存在共模信号，因此，实际的ui1和ui2可表示为

由上述二式容易得到：

电路的差模输入电压

2.共模抑制比

在差模信号和共模信号同时存在的情况下，若电路基本对称，则对输出起主要作用的是差模信号，而共模信号对输出的作用要尽可能被抑制。为定量反映放大器放大有用的差模信号和抑制有害的共模信号的能力，通常引入参数共模抑制比，用KCMR表示。它定义为

共模抑制比用分贝表示则为

显然，KCMR越大，输出信号中的共模成分相对越少，电路对共模信号的抑制能力就越强。