差分式基本放大电路的原理和应用

如果选用两只特性相同的晶体管组成一个放大电路，利用两只管子的零漂具有相同变化关系的特点，使其相互抵消，就可以更好地补偿零漂。差分式放大电路就是根据这一思路而设计的一种特殊的直接耦合放大电路。差分式放大电路的主要优点是零漂很小，动态范围较大。它的电路结构特别适合于制造集成电路，因此模拟集成电路中大多包含一级或多级差动式放大电路。

1.电路基本形式

差分放大器的基本电路如图3-46所示。它由两个参数完全一致的单管放大电路组成。R_B11、R_B21是输入回路的限流电阻（R_B11=R_B21），R_B12、R_B22是偏置电阻（R_B12=R_B22），R_C1、R_C2是集电极负载电阻（R_C1=R_C2）。信号由VT₁和VT₂的基极输入，从VT₁和VT₂的集电极输出，因此电路有两个输入端和两个输出端。

差分式放大电路对差模信号有较高的放大倍数，而对共模信号则有很强的抑制作用，从而较理想地解决了放大与零漂之间的矛盾。

2.抑制零点漂移的原理

设VT₁、VT₂两管分别构成的共射放大器具有相同的电压放大倍数，即A_u1=A_u2=A_u，u_o1=A_u1u_i1，u_o2=A_u2u_i2，则

u_o=u_o1-u_o2=A_u（u_i1-u_i2） （3-29）

当从VT₁、VT₂基极输入大小相等、极性相同的共模信号时，即u_i1=u_i2，则u_o=0。这表明VT₁、VT₂集电极电压的变化大小相等、方向相同，双端输出的电压为零。温度变化引起定额输出漂移折合到VT₁、VT₂的输入端，就相当于共模信号。

由于电路两边对称，两边电路受外界的影响也是一样的。例如，当温度升高时，集电极电流i_C1和i_C2增加，集电极电位U_C1和U_C2减小，i_C1和i_C2的增加量相同、以及U_C1和U_C2的减小量相同，所以零漂将抵消，即

T↑→i_C1↑→i_C2↑→U_C1↓→U_C2↓→ΔU_o=U_C1-U_C2=0

图3-46 基本差分放大电路(www.xing528.com)

3.放大作用

当从VT₁、VT₂基极输入大小相等、极性相反的差模信号u_i时，即，u_i2=，可得双端输出电压u_o=A_u（u_i1-u_i2）=A_uu_i=2A_uu_i1=2u_o1。这表明VT₁、VT₂集电极电压的变化大小相等、方向相反，双端输出的总电压u_o为每个管子对地输出电压的两倍。

由此可见，电路对差模信号具有放大作用，在双端输入、双端输出（简称双入、双出）时，电压放大倍数为单管放大器的放大倍数，即双入、双出差分放大器的电压增益和单管放大电路的电压增益是相同的。

4.共模抑制比

实际上，差分放大电路两管集电极上的零漂电压不可能完全一致。因此需要定义一个性能参数，以衡量差分放大电路抑制零漂的效果，这个参数是共模抑制比K_CMR。

零漂要折合到输入端来衡量，这样差分放大电路两管折合到输入端的零漂电压是同极性的，即这两个信号具有相同的变化关系（同时增加或减小），故称它们为共模信号。如果把共模信号所产生的电压增益称为A_c，差模信号的电压增益称为A_d，则共模抑制比为

在理想的情况下，A_c=0，所以K_CMR=∞。共模抑制比常用对数形式来表示，即

一般差分放大电路的K_CMR约为60dB。图3-46所示的基本差分放大电路是一种最简单的差分放大电路，它并不是理想的实用电路。其原因是即使放大用的晶体管具有相同的参数，但是由于零漂的随机性，出现在VT₁管集电极的漂移不可能和出现在VT₂管集电极的漂移在任何时间都保持一致。另外，要求电路两边的所有参数都要一一对应，也是无法做到的。所以，零点漂移还得不到很好的解决，需要对这种差分电路进行改进。