差分放大电路分析

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R_E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R_E（电流为2I_E1）在等效电路中应该为2R_E（电流为I_E1），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R_E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R_E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R_E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2R_E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u_I1和u_I2分解成差模和共模两种性质的输入信号。
u_I1=u_I u_Id/2, u_I1=u_I-u_Id/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u_I1或u_I2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I_E（=I_E1 I_E2）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