干货｜教你轻松掌握差分放大电路

电子工程世界 2021-08-31 07:35

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要想掌握差分放大电路，首先就要知道什么是差分放大电路以及它的作用。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的的电路形式，差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的，对称的意思就是说两个三极管的特性都是一致的，电路参数一致，同时具有两个输入信号。

它的作用是能够有效稳定静态工作点，同时具有抑制共模信号，放大差模信号等显著特点，广泛应用于直接耦合电路和测量电路输入端。

差模放大电路特点

电路两边对称
两个管子公用发射机电阻Re
具有两个信号输入端
信号既可以双端输出，也可以单端输出

共模信号：大小幅度相等极性相同的输入信号

差模信号：大小幅度相等极性相反的输入信号

差分放大电路具有抑制零漂移稳定静态工作点，和抑制共模信号等作用，接下来一一分析。

首先我们的电路的工作环境温度并不是一成不变的，也就是说是时刻变化着的，还有直流电源的波动，元器件老化，特性发生变化都会引起零漂和静态工作点变化。

通常在阻容耦合放大电路中，前一级的输出的变化的漂移电压都落在耦合电容上，不会传入下一级放大电路。

但在直接耦合放大电路中，这种漂移电压和有用的信号一起送到下一级被放大，导致电路不能正常工作，所以要采取措施，抑制温度漂移，虽然耦合电容可以隔离上一级温漂电压，但是很多时候我们要接受处理的是很多微弱的、变化缓慢的弱信号，这类信号不足以驱动负载，必须经过放大。又不能通过耦合电容传递，所以必须通过直接耦合放大电路，那么直接耦合典型电路：就是差分放大电路。

通常克服温漂的方法是引入直流负反馈，或者温度补偿。

接下来谈谈直接耦合电路中，差分放大电路如何抑制零漂电压稳定工作点，和抑制共模信号，并放大差分信号的。

抑制零漂的原理

下面以电路双端输出为例:

首先T1和T2特性相同，电路两边对称，在输入电压Vi1=Vi2=0V当温度T一定时，流过T1的电极电流与流过T2集电极的电流一致即ic1=ic2，那么T1和T2上两个集电极电阻的压降是相等的所以Uo1=Uo2那么输出电压Uo就等于零即Uo1-Uo2=Uo=0所以这个电路可以抑制零漂的。

那么当温度增加△T的时候还能抑制零漂吗？答案是能，因为两边对称性能是一样的它们工作在统一环境下，当温度上升△T时，流过两个管子集电极的电流也是相等的,即（ic1+△ic1）=（ic2+△ic1）那么加在两个集电极的电压也是相同的，所以输出电压Uo任然为0。所以在双端输出的情况下，零漂为0。

那么在单端输出的时候还可以抑制零漂吗? 当然可以，在单端输出时可以取值Uo1或者Uo2，这里以Uo1输出为例，因为射极电阻Re的负反馈作用，并且Re是T1和T2射极的共用电阻所以流过Re的电流是2倍的ie所以负反馈作用更好，所以可以稳定静态工作点，抑制零漂。

共模信号：当Vi1与Vi2大小相等，极性相同的输入信号时，共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量的减小，因此两管集电极输出共模电压Uo=Uo1-Uo2=0，差分放大电路对共模信号有很好的抑制作用。
差模信号：当Vi1与Vi2大小相等，极性相反的输入信号时，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电流增大而T2管集电极电流减小，且增大量和减小量相等。另外由于输入差模信号，两管输出端电位变化时，一端上升，另一端降低，且升高量等于降低量,所以差分电路对输入信号电压的差值是有用的，因此电路被称为差分放大电路。