差分放大电路为克服直接耦合放大器的零点漂移而推出,是集成运放中重要的一级。
1.6.1 差分放大电路基本结构和分析

直流分析
输入信号为零,二个基极接地。因为电路参数是固定的,因此各个电路量也是对称的


交流分析
任何信号都可以分解为差模信号和共模信号:
实际上,只有差模信号反映了我们想要的信息。

对差模信号的放大能力
对差模信号研究时,认为1端、2端信号大小相等,极性相反;共模信号为零。

因为输入的信号是完全对称的,因此有如下关系恒成立:
对于交流通路而言, ,发射极相当于接“虚地”

在上述分析的基础上,不难画出电路的微变小信号模型:


先求基极注入电流 :
再求输出电压 :
由此可以求出不同输出端口对差模信号的放大能力:
下标加一个‘d’表示此时只研究差模信号
对共模信号的抑制作用


,1端和2端的信号大小相等,极性相同,这种信号称为共模信号。
同样的,去求解输出信号
事实上,由于电路是完全对称的,输入也是完全相同的,所以完全可以预期结果。
差分放大电路的二个输出端上的共模输出电压大小相等极性相同;双端输出时,输出电压为零。
对差模没有影响,但是会影响静态工作点。希望 在不影响静态工作点的情况下越大越好:
- 旁路电容
- 引入恒流源
- 直流分析时稳定住静态工作点
- 交流分析时,恒流源内阻无穷大

发射极E点的波形
- 直流分析:
- 交流分析:
- 差模信号:
- 共模信号:
实际上,准共射组态如果提取e点的电压就是一个射级跟随器(Re足够大,则放大倍数接近1)
共模抑制比
差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。
一般用分贝表示:
理想差分电路双端输出时,
总结


理论上, , 很小, 很大
差分放大电路具有对差模信号进行放大,对共模信号进行抑制的能力
1.6.2 差分电路在不同输入、输出下电路分析
单端输入
1.6.1中的分析均为双端输入。事实上,输入信号可以只加载在一个端子上,这个时候根据差模和共模的定义去把单端输入分解成双端输入即可。
- 差模成分:两个信号输入之差
- 共模成分:两个输入信号平均值

单端输入时的电压放大倍数与差模输入时的电压放大倍数近似相同
这是因为在双端输入时,差模信号和共模信号在同一个数量级(两倍关系);
而对于差分放大电路,有 ( 足够大);因此有上述近似关系成立。
在双端输入的条件下(1.6.1所述的情况)这是不成立的,因为共模信号也可以远大于差模信号 ,此时上述近似不成立。
差模输入电阻
这是指当只考虑差模信号时,从一个输入端看进去到另一个输入端的等效输入电阻。简单来说,就是放大器对于差模信号呈现的电阻特性。对于高精度的应用,希望差模输入电阻尽可能高,这样可以减少由于源内阻引起的误差

共模输入电阻
指的是针对共模信号而言,放大器的两个输入端相对于地的等效并联电阻。(相当于从蓝色箭头看进去)
一般采用从红色箭头看进去的表达式:

输出方式
双端输出

- 负载的一半和 并联另外一半和另外一个 并联
- 电路具有清晰的对称性,整个中轴线都相当于一个虚地
单端输出

电路中两个 的作用:
实际电路中两个三极管很难参数完全相同,加上两个小电阻可以起到调零的作用


完整的题目!基本覆盖了所有概念
其它设问:
求Vo? 注意是直流和交流成分的叠加,交流成分又包括差模和共模
求Ve?思路同上,直流和交流成分的叠加,交流成分又包括差模(=0)和共模
1.6.3 集成运放输入级的电路形式


FET-BJT混合型差分放大电路


集成运放中间级的电路形式
运放中间级是运放电压增益的主要承担者
主要任务是提高电压增益,因此常用共射或共源放大电路。从电压增益的表达式可知,提高电压增益的主要途径如下:
- Rc用恒流源代替
- 提高β(采用纵向三极管、达林顿复合管)
- 增加一级CC电路(射极跟随器),进行阻抗变换
恒流源+射极跟随器

恒流源+复合管
