基本差分放大电路优化

1.电路组成

基本差分放大电路由两个共射级电路组成，如图6.25所示。它的主要特点是电路对称，射级电阻共用，或射级直接接电流源（大的电阻和电流源的作用是一样的），有两个输入端，有两个输出端。图6.25中T1、T2为一对特性及参数均相同的三极管（工程上称为差动对管），RC为集电极负载电阻，RE为发射极公共电阻，+UCC和-UEE分别是正、负电源的（对“地”）电压，它有两个输入端（T1、T2的基极）和两个输出端（T1、T2的集电极）。当无输入信号（ui=0）时，由于电路完全对称，故输出信号uo=0。

差分放大电路的输入信号一般采用差模方式输入，如图6.25所示。若信号ui1＞0，则必有ui2＜0。在它们的作用下，集电极电流ic1将增大，ic2将减小，于是两管的集电极电位将向不同的方向变化，即T1管的集电极电位下降，T2管的集电极电位升高，输出端便有输出信号uo。可以证明，差分放大电路对差模输入信号的电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数，即

图6.25　基本差分放大电路

图6.26　差分放大电路对零漂的抑制

如果将直接耦合放大电路的输入端短路，其输出端应有一固定的直流电压，即静态输出电压。但实际上输出电压将随着时间的推移，偏离初始值而缓慢地随机波动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。零漂实际上就是静态工作点的漂移。

差分放大电路对零漂的抑制，一是利用电路对称性，二是利用发射极电阻RE的深度负反馈。当外加信号ui=0时，若温度变化，或电源电压波动，将引起两管集电极电流ic1、ic2同时增大或减小，这就是零部现象，相当于在两管的输入端同时加进一对大小相等、极性（相位））相同的共模输入信号uic1、uic2，如图6.26所示。分析差分放大电路对共模输入信号的抑制情况，即可衡量它对零漂或其他外部干扰信号的抑制能力。

由于电路的结构和参数完全对称，对于共模输入信号，两集电极电位总是相等的。若采用双输出方式，输出电压为零，或者说，差分放大电路的共模电压放大倍数AVC=0，即差分放大电路可以有效地抑制零漂。

但要使电路完全对称是很困难的，即使用同样工艺做在同一片上的两个三极管，其特性和参数也很难完全相同。为提高电路的对称性，常在发射极（有时在集电极）电路中接入一个调零电位器RP，如图6.26所示。当ui=0时，调节RP，使uo=0。发射极电阻具有电流负反作用，故RP将降低差模电压放大倍数Ad，因面RP的阻值不能太大，一般在几十欧到几百欧之间。

RP对电路对称程度的补偿是很有限的，特别是在单端输出（输出信号为一管集电极对“地”电压）时，无法利用电路的对称性来加抑制零漂。

从根本上说，要有效地抑制零源，实质上是要稳定三极管的集电极电流，使它不受外部因素（温度、电源电压等）变化的影响。为此，可在发射极电路中接入电阻RE（见图6.26）。当加入共模输入信号时，RE中流过的电流ie是两管发射极电流ie1、ie2之和，RE将对共模信号产生强烈的电流负反馈作用，抑制了两管因共模倍号而起的电流变化，其抑制过程如图6.27所示。

图6.27　抑制过程

显然，RE越大，负反馈作用越强，抑制零漂的效果越好，而且对于双端和单端输出同样有效，RE一般称为共模反馈电阻。

对于差模输入信号而言，由于两管的集电极信号电流和发射极信号电流极性（或相位）相反，故两管流过RE的信号电流互相抵消，RE上的差模信号压降为零，可视为短路，故不会对差模放大倍数产生影响。(https://www.xing528.com)

在电源电压UCC一定时，RE过大将使集电极静态电流过小，三极管的静态工作点过低，不利于有效信号的放大。为此在发射极电路中接入负电源UEE，以补偿RE两端的直流压降。

2.输入、输出方式

差分放大电路有两个输入端和两个输出端。输入方式由信号源决定，既可双端输入，又可单端输入；输出方式取决于负载，既可双端输出，又可单端输出。因此，按照输入、输出方式，差分放大器有四种接法。

（1）双端输入-双端输出。

这种接法的输入信号接在两管的基极之间，输出信号从两管集电极取出，如图6.26所示。这种接法零漂很小，故应用广泛，但信号源和负载都不能有接“地”端。

（2）双端输入-单端输出。

这种接法的输出信号是从一管的集电极和“地”之间取出，常用于将差模信号转换为单端输出的信号，以便与负载或后级放大器有公共接“地”端，如图6.28所示。由于是单端输出，因而无法利用电路的对称性抑制零漂，静态时输出端直流电位也不为零。

（3）单端输入-双端输出。

输入信号接在一管的输入端（基极与“地”之间），经发射极电阻RE耦合到另一管的输入端，如图6.29所示。这种接法的信号源可以有一端接“地”，并将单端输入信号转换为双端输出信号，作为下一级差分放大电路的差模输入信号。

（4）单端输入-单端输出。

输入、输出信号都可以有一端接“地”。这种接法的差分放大电路与单管放大电路相比，显有较强的抑制零漂的能力。

图6.28　双端输入-单端输出方式

图6.29　单端输入-双端输出方式