差动放大电路的基础构成与原理分析

差动放大电路是一种具有两个输入端且电路结构对称的放大电路，其基本特点是输出信号与两个输入端输入信号之差成比例，即差动放大电路放大的是两个输入信号的差值信号，故称其为差动放大电路。

1.电路构成与特点

图2.34所示的是差动放大电路的基本形式，从电路结构上来看，具有以下特点。

图2.34　差动放大电路

（1）由两个完全对称的共射电路组合而成，即VTl、VT2参数相同，对称位置上的电阻元件值也相同，例如，两集电极电阻Rc1＝Rc2＝Rc。

（2）电路采用正负双电源供电。VT1和VT2的发射极都经同一电阻Re接至负电源－UEE，该负电源能使两管基极在接地（即uil＝ui2＝0）的情况下，为VTl、VT2提供偏置电流IB1、IB2，保证两管发射结正偏。另外，由于电路对称，从而实现零输入，零输出。

2.差动放大电路抑制零漂的原理

由于电路的对称性，温度的变化对VT1、VT2两管组成的左右两个放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大电路同时加入了大小和极性完全相同的输入信号，因此，在电路完全对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，差动放大电路的输出为零，不会出现普通直接耦合放大电路中的漂移电压。可见，利用电路对称性可以抑制零点漂移现象。

3.静态分析

当uil＝ui2＝0时，由于电路完全对称，VT1、VT2的静态参数也完全相同。以VT1为例，其静态基极回路由－UEE、UBE和Re构成。但要注意，流过Re的电流是VT1、VT2两管射极电流之和，如图2.35所示。

图2.35　差动放大电路的直流通路

图2.36　差动放大电路的交流通路

则VT1管的输入回路方程为

UEE＝UBE＋2IE1Re

VT1管的输出回路方程为

UCC＝IC1Rc＋UCE1＋2IE1Re－UEE

所以，静态射极电流为

静态基极电流为

静态时VT1管压降为

UCE1＝UCC＋UEE－IC1RC－2IE1Re

因电路参数对称，VT2管的静态参数与VT1管相同，故静态时，两管集电极对地电位相等，即UCl＝UC2。故两管集电极之间电位差为零，即输出电压Uo＝UCl－UC2＝0。

4.差模信号与共模信号

在实际使用时，加在差动放大电路两个输入端的输入信号ui1和ui2是任意的，要想分析有输入信号时差动放大电路的工作情况，必须了解差模信号和共模信号的概念。

如图2.34所示，当两个输入信号ui1、ui2大小和极性都相同时，称为共模信号，记为uic：

uic＝ui1＝ui2

当ui1与ui2大小相同但极性相反时，即ui1＝－ui2时，称为差模信号，记为uid：

uid＝ui1－ui2＝2ui1＝－2ui2

对于完全对称的差动放大电路来说，共模输入时两管的集电极电位必然相同，因此双端输出时uo＝0。所以理想情况下，差动放大电路对共模信号没有放大能力，而对共模信号的抑制作用，实际上就是对零点漂移的抑制作用。因为引起零点漂移的温度等因素的变化对差放来说等效于输入了一对共模信号。

在实际应用中，输入信号ui1和ui2是任意的，既不是一对差模信号，也不是一对共模信号。为了分析和处理方便，通常将一对任意输入信号分解为差模信号uid和共模信号uic两部分。定义差模信号为两个输入信号之差，共模信号为两个输入信号的算术平均值，即(www.xing528.com)

这样，可以用差模和共模信号表示两个输入信号：

5.差模特性分析

图2.34所示为典型基本差动放大电路，在输入差模信号时，双端输出时的交流通路，如图2.35所示。由于此时，则VT1和VT2两管的电流和电压变化量总是大小相等、方向相反。

流过射极电阻Re的交流电流由两个大小相等、方向相反的交流电流叠加而成。在电路完全对称的情况下，Re两端产生的交流压降为零，因此，图2.36所示的差模输入交流通路中，射极电阻Re被短路。

（1）差模电压放大倍数Aud

由图2.58所示的差模输入等效电路及差模电压放大倍数的定义可以得出：

可见，差动放大电路双端输出时的差模电压放大倍数和单边电路的电压放大倍数相等。

若在VTl、VT2集电极之间接负载RL，如图2.37所示。由于电路的对称性，RL的中点始终为零电位，等效于接地。此时，单边电路的负载为RL的一半，故电路的差模电压放大倍数为

（2）差模输入电阻rid

差模输入电阻rid定义为差模输入时从差动放大电路的两个输入端看进去的等效电阻，即

rid＝2rbe

（3）差模输出电阻rod

差模输出电阻rod定义为差模输入时从差动放大电路的两个输出端看进去的等效电阻，即

rod＝2Rc

6.共模特性分析

输入共模信号时的交流通路，如图2.38所示。

图2.37　带负载的差动放大电路

图2.38　输入共模信号时的交流通路

当在差动放大电路的两个输入端接入一对共模信号时，图2.38所示中VT1和VT2的电流和电压变化量总是大小相等、方向相同，故流过射极电阻Re的两个交流电流大小相等、方向相同，流过Re的交流电流为单管射极电流的两倍，所以共模输入时的交流通路中，射极电阻上有交流压降，能被短路。

（1）共模电压放大倍数Auc

由于电路对称，输入也相同，图2.38所示中两管的集电极电位始终相同，有uoc1＝uoc2，因此双端输出时uo＝uoc1－uoc2＝0，故理想情况下双端输出时的共模电压放大倍数为0。

（2）共模抑制比KCMR

为了更好地描述差动放大电路放大差模、抑制共模的特性，定义差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比为共模抑制比，即

差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，差动放大电路的性能就越好。也可用分贝（dB）的形式表示共模抑制比：

7.差动放大电路的输入、输出形式

差动放大电路有两个对地的输入端和两个对地的输出端。当信号从一个输入端输入时称为单端输入，从两个输入端之间浮地输入时称为双端输入；当信号从一个输出端输出时称为单端输出，从两个输出端之间浮地输出时称为双端输出。因此，差动放大电路具有4种不同的工作状态：双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。