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差分放大电路
差分放大电路
差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。差分放大电路：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。
基本差分式放大器如图所示。 图中 T1,T2是特性 的晶体管，电路对称,参数也对称。如：V BE1 =V BE2 ,Rc1=R c2 =R c ,R b1 =R b2 = R b ,&1 =&2 =&。电路有两个输入端和两个输出端。
差分放大电路
(a)射极偏置差放 (b)电流源偏置差放
差放有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
（a） 电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中旨入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个 Re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的仰制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源 -VEE用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+VCC，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻Rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻，RL为外接负载电阻。
差分放大电路工作原理
（1）当vi1=vi2=0时，即静态时，由于电路完全对称：Ic1 = Ic2= I0/2, Rc1Ic1 = Rc2Ic2，Vo = Vc1-Vc2 = 0 即输入为0时,输出也为0。
（2）加入差模信号时，即vs1=-vs2=vsd/2，从电路看vB1增大使得iB1增大,使ic1增大,使得vc1减小vB2减小使得iB2减小,又使得ic2减小，使得vc2增大.由此可推出：vo=vc1 - vc2=2vc1，每个变化量v不等于0,所以有信号输出。
若在输入端加共模信号,即vs1=vs2，由于电路的对称性和恒流源偏置,理想情况下vo=0，无输出。
这就是所谓&差动&的意思；即两个输入端之间有差别，输出端才有变动。
抑制零点漂移的原理：
在差分电路中，无论是温度的变化，还是电流源的波动都会引起两个三极管的iC及vC的变化。这个效果相当于在两个输入端加入了共模信号，在理想情况下， vo不变，从而抑制了零漂。凡是对差放两管基极作用相同的信号都是共模信号。常见的有：
（1）干扰信号(通常是同时作用于输入端)；
（2）vi1 不等于 -vi2，信号中含有共模信号；
（3）零漂。
实际情况下，要做到两管完全对称和理想恒流源是比较困难的，但输出漂移电压也将大为减小。综上分析，放大差模信号，抑制共模信号是差放的基本特征。通常情况下，我们感兴趣的是差模输入信号，对于这部分有用信号，希望得到尽可能大的放大倍数；而共模输入信号可能反映由于温度变化产生的漂移信号或随输入信号一起进入放大电路的某种干扰信号。对于这样的共模输入信号我们希望尽量地加以抑制，不予放大传送。
差分放大电路的参数计算
（1）静态工作点的估算
I C1 =I C2 =I c =I O /2
V C1 =V C2 =V cc -I c R c
I B1 =I B2 =I c /&=I B =I/2&
（2）差摸电压增益和输入、输出
差放电路有两个输入端和两个输出端。同样， 输出也分双端输出和单端输出方式。组合起来,有四种连接方式：双端输入双端输出、双端输入单端输出,单端输入双端输出,单端输入单端输出。
（a）双入双出电路
差模输入： v i1 =-v i2 =v id /2，则i C1 上升时,i C2 下降。
若电路完全对称时，则△i C1 =△i C2 ， 因为I O 不变，因此v e =0。负载在电路完全对称,双入双出的 下,A VD =A V1 ,可见该电路使用成倍的元器件换取抑制零漂的能力。
差模输入电阻R i ：从两个输入端看进去的等效电阻R i =2r be
差模输出电阻R 0 ：从两个输出端看进去的等效电阻R 0 =2R C& R 0 , R i 是单管的两倍。
（3）共模电压增益
① 双端输出的A VC 。
因为v i1 =v i2 ，此时变化量相等，即v C1 =v C2 ，因此
实际上，电路完全对称是不容易的，但即使这样，A VC 也很小，放大电路的抑制共模能力还是很强的.
② 单端输出的A VC
对于共模信号, 因为两边电流同时增大或同时减小.因此在e极处得到的是两倍的i e 。v e =2i e R e ,这相当于每个BJT的发射极分别接2R e 电阻。
差分放大电路图：
差分放大电路图一
差分放大电路图二
差分放大电路图三
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&&&&上篇讲到了跨分割在回流路径上的影响，设计过程中需要尽量避免这种状况出现。对于信号换层也是一样。如果在必须换层的情况下，我们也应该有所选择，而不是盲目的换到哪层就是哪层。这里让我们来探讨下我们设计中经常见到的一些信号，他们与回流又会有怎样的关系？
&&&&本文主要讲差分测量的特点、差分探头的应用环境及解决方案
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差分放大电路
　　(a)射极偏置差放 (b)电流源偏置差放
　　差放有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。因此，有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
　　（a） 电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中旨入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的仰制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+VCC，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻Rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻，RL为外接负载电阻。
差分放大电路 -
　　差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。此时，外输入信号称为差模输入信号，以vId表示，且有:
　　当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以vIC表示，且 :
　　当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和vIc两部分组成，其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。
　　(1)对差模输入信号的放大作用
　　当差模信号vId输入(共模信号vIc=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即vI1=－vI2=vId/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压vod1、vod2大小相等、极性相反，此时双端输出电压vo=vod1－vod2=2vod1=vod,可见，差放能有效地放大差模输入信号。
　　要注意的是：差放公共射极的动态电阻Rem对差模信号不起(负反馈)作用。
　　(2)对共模输入信号的抑制作用
　　当共模信号vIc输入(差模信号vId=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即vI1=vI2=vIc,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量， 即差模输出电压voc1、voc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压vo=voc1－voc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。
　　此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。
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保存二维码可印刷到宣传品差分放大电路分析
摘要: 典型的差分放大电路如图所示。
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 ...
&&& 典型的差分放大电路如图所示。
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1典型差分电路的技术指标
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基本放大电路种类（电压放大器，电流放大器，互导放大器和互阻放大器，优缺点，特别是广泛采用差分
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基本放大电路种类（电压放大器，电流放大器，互导放大器和互阻放大器，优缺点，特别是广泛采用差分结构的原因。（未知 请帮忙给出正确答案和分析，谢谢！
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