差动放大电路优化技巧

为了放大缓慢变化的信号或直流量变化不大的信号，不能采用阻容耦合，而只能采用直接耦合的方式，即把前级的输出端直接接到后级的输入端.

直接耦合主要存在两个问题：一个是前、后级的静态工作点互相影响的问题；一个是所谓零点漂移的问题.零点漂移是输入变化为零输出变化不为零，其会造成输出偏差，严重会造成输出无效，产生的主要原因是温度变化.零点漂移又称温漂.

在直接耦合放大电路中抑制零点漂移最有效的电路结构是差动放大电路.因此，要求较高的多级直接耦合放大电路的前置级广泛采用这种电路.

图4-54所示是典型的差动放大电路.在电路结构上，电路左右两边的元件是对称的.三极管V1、V2的输入特性、输出特性以及放大倍数β等参数是完全相同的.电路的两个输入端，输入信号ui1、ui2分别通过基极电阻加到V1、V2的基极.输出电压uo是从两管的集电极取出，即uo=uC1-uC2.两管的发射极连接在一起，并通过电阻RE与电压为UEE的电源负极相连.电阻RE称为发射极电阻，它的作用是稳定静态工作点.电压为UEE的电源作用是补偿两管集电极电流在RE上的压降，使两个三极管有足够的管压降uCE1、uCE2，以扩大输出电压的范围.

图4-54　差动放大电路

1.差动放大电路的静态分析

电路在无信号输入时，ui1=ui2=0.由于RC1=RC2，IC1=IC2，所以每个三极管的集电极电位相等，即VC1=VC2.输出电压Uo=VC1-VC2=0.

当环境温度变化时，将会引起每个三极管的集电极电流的变化.因为电路是对称的，每管的集电极电流的变化量ΔIC是相等的，因此每管集电极电位的变化量ΔVC也是相等的，输出电压的变化量ΔUo=ΔVC1-ΔVC2=0，因此输出电压仍为零.这种特点称为零点漂移的抑制.另外，电阻RE也有这种零点漂移抑制作用，当两管的集电极电流变化时，RE上的电压也发生变化，在两管基极电位不变的情况下，两管的基极与发射极的电压uBE将与集电极电流作相反的变化，起到零点漂移抑制的作用.差动放大电路的优点就是具有抑制零点漂移作用.差动放大电路中两边的元件对称性越好，RE值越大，抑制零点漂移的效果越好.

在静态时，两管的基极电位VB1、VB2为零，RE上的电压URE等于UEE.每管集电极电流为

每管的管压降为

每管的基极电流为

2.差动放大电路输入信号电压的分析

差动放大电路的输入信号有以下三种情况：

（1）共模输入信号.

差动放大电路的两个输入端的输入信号电压大小相等，且极性相同，即ui1=ui2，这种输入信号称为共模输入信号.对于共模输入信号，两管的集电极电流变化量相等，两管的集电极电位变化也相等，且电位升高或下降是一致的，因此输出电压的变化等于零，即输出电压与静态时一样，为零.也就是差动放大电路对共模输入信号没有放大作用.差动放大电路的共模电压放大倍数等于零，也称差动放大电路对共模信号的抑制.

外界干扰信号在差动放大电路的两个输入端产生的干扰电压可以看成两输入端接受了一对大小相等相位相同的共模信号，因此干扰信号在差动放大电路中得不到放大，差动放大电路具有抑制外界干扰信号的能力.(https://www.xing528.com)

（2）差模输入信号.

若差动放大电路的两个输入端的信号电压大小相等，但极性相反，即ui1=-ui2，这种信号称为差模信号.差模信号输入到放大电路后，两管的集电极电流的变化量是相等的，但是变化是相反的.例如，V1管的集电极电流增加，V2管的集电极电流则减少，因此造成V1管的集电极电位VC1下降，而V2管的集电极电位VC2上升，即ΔVC1=-ΔVC2，输出电压Uo的变化为

ΔUo=ΔVC1-ΔVC2=2ΔVC1

因此在差模输入电压作用下，差动放大电路的输出电压变化量为两管各自集电极电压变化量的两倍.

设单管V1的电压放大倍数为Au1，V2的电压放大倍数也为Au1，则ΔUC1=Au1·ui1、ΔUC2=Au1·ui2=-Au1·ui1，差动放大电路两集电极间输出的电压为

ΔUo=ΔUC1-ΔUC2=2Au1ui1

（3）差动输入信号.

若输入到差动放大电路的两个输入端的电压大小不相等，极性也是任意的，这种信号称为差动输入信号.对于差动信号，可以分解成共模分量和差模分量两部分.共模分量是两个输入信号的平均值，差模分量为两个输入信号差值的一半.例如，信号ui1=8 m V、ui2=-6 m V，则ui1、ui2为差动信号，它们的共模分量UC和差模分量Ud分别为

UC-Ud=-6 m V

即ui1=UC＋Ud、ui2=UC-Ud.因此输入到差动放大电路的差动信号可以看成是一对共模信号和一对差模信号之和.

在实际情况下，差动放大电路的元件很难做到完全对称，对共模输入电压仍有一定的放大作用.共模信号电压的电压放大倍数AC不为零.对于由温度变化而引起两三极管的集电极电流变化产生的影响相当于在差动放大电路的输入端输入一个共模信号电压，对于一些干扰电压也可认为是共模信号.因此希望能尽量抑制这些共模信号，即要求差动放大电路的共模电压放大倍数AC尽量小.差模信号是有用信号，希望差动放大电路的差模电压放大倍数Ad尽量大.为了平衡差动放大电路对两种不同模式电压放大的能力，常用Ad与AC两者的比值作为衡量差动放大电路性能的一个指标，即共模抑制比，用符号KCMRR表示，即

共模抑制比也有用对数形式表示的，即

单位为dB（分贝）.

共模抑制比越大，差动放大电路的性能越好.

3.差动放大电路信号的输入和输出方式

差动放大电路信号的输入和输出除了双端输入（由两管的基极输入）和双端输出（由两管的集电极输出）外，还可以有单端输入（一管的基极与公共端间输入）和单端输出（一管的集电极与公共端间输出）、单端输入和双端输出、双端输入和单端输出等方式，不同的输入／输出方式是为了放大电路之间的连接需要.不同输入／输出方式其电路的电压放大倍数不同.