典型的差分放大电路如图4.2所示。
1. 电路的主要类型
按输入输出方式分:有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。
按共模负反馈的形式分:有典型电路和射极带恒流源的电路两种。
2.电路的主要特点
(1)电路结构具有对称性
两个晶体管的参数相同,电路两边完全对称。
(2)抑制零点漂移
由于电路两边完全对称,两个晶体管集电极的零点漂移也相等,双端输出时电路的零点漂移为零;单端输出时射极电阻RE的共模负反馈具有抑制零点漂移的能力。即差分放大电路利用电路的对称性和共模负反馈抑制零点漂移。
(3)抑制共模信号
当两个输入信号为大小相等、方向相同的“共模信号”时,由于电路的对称性和共模负反馈的作用,输出共模信号很小。双端输出时,输出共模信号近似为零。
(4)放大差模信号
当两个输入信号为大小相等、方向相反的“差模信号”时,由于电路的对称性,两个输出端有大小相等、方向相反的“差模信号”输出。双端输出时,输出差模信号等于两边输出电压之和,即该电路对差模信号有较大的放大能力。
(5)共模抑制比
差分放大电路对差模信号有较强的放大能力,而对共模信号有较强的抑制能力。即差模放大倍数
大,而共模放大倍数
小。为了综合评价差分放大电路性能定义共模抑制比
,
越大越好。
2. 静态分析方法
利用电路的对称性,将电路分解成两半,原电路中的RE(电流为2IE1)在等效电路中应该为2RE(电流为IE1),根据电路列方程求解静态工作点。
3. 动态分析方法
(1)小信号差模特性
按差模信号的性质画出差模等效电路,分析计算差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻。对图4.2所示的典型电路,当电路输入差模信号时,流过射极电阻RE的信号电流等于零。分析差模电压放大倍数时射极按“交流地”处理,分析差模输入电阻时射极电阻RE按开路处理。根据电路的对称性,双端输出时负载电阻折半处理,单端输出时负载电阻不必折半。
(2)小信号共模特性
按共模信号的性质画出共模等效电路,分析计算共模电压放大倍数、共模输入电阻和共模抑制比。对图4.2所示的典型电路,当电路输入共模信号时,流过射极电阻RE的信号电流等于单管射极电流的两倍,共模等效电路中的射极电阻按2RE处理。
(3)任意输入信号分解
如果电路的两个输入信号既不是差模信号又不是共模信号,这时可将两个任意输入信号uI1和uI2分解成差模和共模两种性质的输入信号。
uI1=uI+uId/2, uI1=uI-uId/2
其中
,
电路的总输出信号为:
差分放大电路的单端输入方式相当于双端输入方式时uI1或uI2等于零的情况。
图4.2所示典型电路的技术指标如表4.1所列。
(4)大信号特性
当输入信号在±26mV范围内,电流与电压之间有良好的线性关系。当输入信号超过±100 mV后,两个放大管的电流几乎不再随输入电压变化,出现了一个管子进入截止区,而另一个管子的电流则接近IE(=IE1+IE2)的情况,这是很有用的限幅特性。
表4.1典型差分电路的技术指标