差分放大电路

差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路，常作为集成运放的输入级。

1.差分放大电路的组成

差分放大电路是由典型的工作点稳定电路演变而来的。
若基极电阻R_b上的静态电压可忽略不计，则发射极的静态电流I_EQ约等于（V_BB-U_BEQ）/R，因而可以认为其Q点基本稳定。但是，如果仔细研究在温度变化时Q点的稳定过程，就不难发现，最终集电极电流I_CQ会有微小的变化；而且也正是这种变化在发射极电阻R_e上产生变化的电压（即负反馈电压），影响了晶体管的b-e间静态电压，才达到减小温漂的目的。可以想象只要采用直接耦合方式，这种变化就会逐级放大。

图1.1差分放大电路的组成
（a）带有R_e负反馈电阻
（b）带有温控的电压源
（c）对称式电路加共模信号
（d）加差模信号
（e）实用差分放大电路

如（b）所示，改变电压输出端，并能寻找到一个受温度控制的直流电压源V，当晶体管集电极静态电位U_CQ变化时，V始终与之保持相等，那么输出电压中只有动态信号u_I作用的部分了，而与静态工作点位U_CQ及其温度漂移毫无关系。
可以想象，如果采用与图（b）所示电路参数完全相同，管子特性也完全相同的电路，你们两只管子的集电极静态电位在温度变化时也将时时相等，电路以两只管子集电极电位差作为输出，就克服了温度票是，如图（c）所示。
如图（c）所示，当u_I1与u_I2所加信号为大小相等、极性相同的输入信号（共模信号）时，由于电路参数对称，T₁管和T₂管所产生的电流变化相等；因此集电极电位的变化也相等。
所以差分放大电路对共模信号具有很强的抑制作用，也参数理想对称的情况下，共模输出为零。

为使信号得以放大，需将其分成大小相等的两部分，按相反极性加在电路的两个输入端，称这种大小相等极性相反的信号为差模信号。
由于u_I1=-u_I2，又由于电路参数对称，T₁管和T₂管所产生的电流的变化大小相等而变化方向相反。
因此集电极电位的变化也是大小相等且变化方向相反的。
从而实现了电压放大。
但是由于图（c）中R_e1和R_e2的存在使电路的电压放大能力变差，当它们数值较大时，并且不能放大。

研究差模输入信号作用时，T₁管和T₂管发射极电流的变化，就会发现，它们与基极电流一样，变化量的大小相等方向相反。
若将T₁管和T₂管的发射极连在一起，将R_e1和R_e2合二为一，成为一个电阻R_e，如图（d）所示，则在差模信号作用下R_e中的电流变化为零，即R_e对差模信号无反馈作用，相当于短路，因此大大提高了对差模信号的放大能力。
也称之为差动放大电路，所谓“差动”，是指只有当两个输入端之间的电位有差别（即变换量）时，输出电压才有变动（即变换量）的意思。

对于差分放大电路的分析，多是在电路参数理想对称情况下进行的。
所谓电路参数理想对称，是指在对称位置的电阻值绝对相等，两只晶体管在任何温度下输入特性曲线与输出特性曲线均完全重合。

任何分立元件差分放大电路的参数不可能理想对称，也就不可能完全抑制零点漂移；而在集成电路中，由于相邻元件具有良好的对称性，故能够实现趋于参数理想对称的差分放大电路。

2.长尾式差分放大电路

如图2.1所示为典型的差分放大电路。
由于R_e接负电压-V_EE，拖一个微博，故称为长尾式电路，电路参数理想对称，T₁管和T₂管的特性相同，R_e为公共的发射极电阻。

图2.1 长尾式差分放大电路

2.1 对共模信号的抑制作用

从差分放大电路组成的分析可知，电路参数的对称性起了相互补充的作用，抑制了温度漂移。
当电路输入共模信号时如图2.2所示，基极电流和集电极电流的变化量相等。
因此集电极电位的变化也相等，从而使得输出电压u_o=0，即对共模信号不放大。
由于电路参数的理想对称性，温度变化时，管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号。

图2.2 差分放大电路输入共模信号

实际上，差分放大电路对共模信号的抑制，不但利用了电路参数对对称性所起的补充作用，使两只晶体管的集电极电位变化相等；而且还利用了发射极电阻R_e对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化。
从图2.2中可以看出，当共模信号作用于电路时，两只管子发射极电流的变换量相等。
由于R_e对共模信号起负反馈作用，故称之为共模负反馈电阻。
R_e的取值不宜过大，它受电源电压V_EE的限制。
它们可以是缓慢变化的信号，也可以是正弦交流信号。

2.2 对差模信号的放大作用

虽然差分放大电路用了两只晶体管，但它的电压放大能力只相当于胆管共射放大电路。
因而，差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价来换取低温漂的效果。

共模抑制比：差分放大电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力。
该值越大，说明电路性能越好。

2.3电压传输特性

电压传输特性：放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线。

2.4 差分放大电路的四种接法

输入端与输出端均没有接“地”点，称为双端输入，双端输出电路。
在实际应用中，为了防止干扰和负载的安全，常将信号源的一端接地，或将负载电阻的一端接地。

①双端输入，双端输出
②双端输入，单端输出
③单端输入，双端输出
④单端输入，单端输出

①双端输入，双端输出
输入端与输出端均没有接“地”点，称为双端输入，双端输出电路。

②双端输入，单端输出
只在输出端不同，其负载电阻R_L的一端接T₁管的集电极，另一端接地。它的输出回路已不对称，因此影响了它的静态工作点和动态参数。

③单端输入，双端输出

④单端输入，单端输出

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