差动放大器

news2024/11/23 12:10:13

差动器的出现是为了解决直接耦合电路存在的零点漂移问题，另外，差动放大器还有灵活的输入，输出方式。

一，基本差动放大器

差动放大器在电路结构上具有对称性，三极管VT1，VT2同型号，R1=R2,R3=R4,R5=R6,R7=R8。输入信号电压Ui经R3，R4加在VT1，VT2的基极，输出信号电压Uo从VT1，VT2集电极之间取出。Uo=Uc1-Uc2

抑制零点漂移原理

无信号输入时，由于电路对称，VT1和VT2的基极电流相等，集电极电流相等，所以Uc1等于Uc2，输出电压Uo=0。当环境温度上升时，VT1，VT2的集电极电流Ic1和Ic2均增大且增大量相同，Uc1和Uc2的增大量也相同，所以Uo=0。

总：由于电路对称性，当差动放大器工作点发生变化时，两电路变化相同，所以输出电压不会变，从而有效抑制了零点漂移。

差模输入与差模放大倍数

当给差动放大器输入信号Ui时，Ui加到R1，R2两端，由于R1=R2，所以UR1=UR2=Ui/2。R1和R2的中间电压接地为0，所以R2的下电压为负。

当Ui信号正半周期到来时，Ui电压极性为上正下负，，Ui1的上正电压经R3加到 VT1的基极，Ui2的下负电压经R4加到VT2的基极。这种大小相等，极性相反的两个输入信号称为差模信号，差模信号加到电路两个输入端的输入方式称为差模输入。

输入信号Ui和输出信号Uo（Uo=Uc1-Uc2）是反相关系.这是因为当给三极管的基极加正电压时，集电极电压下降（即Uc1下降），当给三极管基极电压下降时，集电极电压升高（即Uc2升高）。所以当输入电压为正值时，输出电压为负值。

差动放大器在差模输入时的放大倍数称为差模放大倍数Ad，Ad=Uo/Ui。根据推导计算可得差模放大倍数与单管放大倍数A相等。所以差动放大器多采用一个三极管并不能提高放大倍数，而只能用来抑制零点漂移。

共模输入与共模放大倍数

如图所示为另一种输入方式的差动放大电路。输入信号Ui经R3加到VT1的基极，经R4加到VT2的基极。这种大小相等，极性相同的两个输入信号称为共模信号，共模信号加到电路两个输入端的输入方式称为共模输入。

差动放大器在输入共模信号时，输出信号为0V。

差动放大器在共模输出时的放大倍数称为共模放大倍数Ac，且Ac=Uo/Ui

由于差动放大器输入共模信号时，输出信号始终为0，所以Ac=0。实际上，差动放大电路不可能完全对称，这使得电路的变化量就不完全一样，输出电压就不会为0V，共模放大倍数Ac就不为0.共模放大倍数的大小可以反映差动放大器的对称程度，放大倍数越小说明对称程度越高，抑制零点漂移效果越好。

共模抑制比

良好的差动放大器，应该对差模信号有很高的放大能力，而对共模信号有足够的抑制能力。为了衡量这两个能力的大小，常采用共模抑制比来表示，共模抑制比是指差模放大器的差模放大倍数Ad与共模放大倍数Ac的比值（如下）。共模抑制比越大，说明差模信号放大能力越大，共模信号放大能力越小，抑制零点漂移的效果越好。较好的差动放大器共模抑制比可达到10的7次方。

二，实用的差动放大器

1，带调零电位器的长尾式差动放大器

这种差动放大器与基本差动放大器的区别是三极管VT1和VT2的发射极不直接接地，而是通过电位器RP1和Re接负电源。

调零电位器RP1的作用：由于差动放大器在电路中不可能完全对称，所以在无信号输入时，输出信号不会等于0。在电路中加入RP1就可以通过调节电位器的方式来机械调零。

电阻Re作用：当温度上升而导致VT1,VT2的电流Ib，Ic增大时，Uc1和Uc2会同时下降而保持输出电压Uo不变，这样虽然可以抑制零点漂移，但是VT1,VT2的工作点已经发生了变化，放大电路的性能会有所改变，而电阻Re可以解决这个问题。原理同分压式偏置放大电路。Re的反馈作用不但可以使VT1，VT2的电流Ib和Ic降回到原来水平，还可以抑制零点漂移。且Re的阻值越大，三极管工作点的稳定性和抑制零点漂移的效果越好

负电源作用：加上负反馈电阻Re后，如果将Re直接接地会导致VT1和VT2的发射极电压过高，导致基极电压也会升高，这会使VT1,VT2动态范围变化变小，容易进入饱和状态；采用负电源可以拉低VT1,VT2的发射极电压，继而拉低基极电压，让基极和集电极电压差距增大，大信号来时基极电压不容易高于集电极电压，VT1，VT2不容易进入饱和状态。

2，带恒流源的差动放大器

在带调零电位器的长尾式差动放大器中，我们说过，发射极公共电阻Re的阻值越大，三极管工作点的稳定性和抑制零点漂移的效果越好，但Re阻值越大（分压越大），需要的负电源越低，这样才可以使三极管发射极电压不会太高。为了解决这个问题，可采用下图所示的带恒流源的差动放大器。

这种差动放大器中VT1，VT2发射极不是通过反馈电阻接负电源，而是通过VT3，R9,R10,R11构成的恒流源电路接负电源。正负电源经R10,R11为三极管VT3提供基极电压，因为VT3的基极电压由R10，R11分压固定，所以它的电流Ib3和Ic3不会变化，即使因为温度原因使Ib3和Ic3增大，通过反馈电阻R9的作用，仍可以使Ib3，Ic3降回到正常水平，因为该电路可以保持Ib3，Ic3恒定，所以将电流恒定的电路称为恒流源电路。因为Ic3由Ie1和Ie2组成，Ic3不会变化，所以Ie1，Ie2也不会变化，VT1，VT2的静态工作点也就得到稳定，同时也抑制了零点漂移。该电路中VT3的集电极，发射极之间的等效电阻与R9的阻值不是很大，故负电源不用很低。