差分放大電路常見(jiàn)的形式有三種：基本形式、長(zhǎng)尾式和恒流源式。

一、基本形式差分放大電路

1．差分放大電路的組成

將兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的單管放大電路組合在一起，就成為差分放大電路的基本形式，如下圖所示。輸入電壓分成相同的兩部分加到兩管的基極，輸出電壓等于兩管的集電極電壓之差。

假設(shè)VT1和VT2的特性完全相同，相應(yīng)的電阻也完全一致，則當(dāng)輸入電壓等于零時(shí)，UCQ1＝UCQ2，即UO＝0。如果溫度升高使ICQ1增大，UCQ1降低，則由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，ICQ2也將增大，UCQ2也將降低，而且兩管變化的幅度相等，結(jié)果VT1和VT2輸出端的零點(diǎn)漂移將互相抵消。

2．電壓放大倍數(shù)

當(dāng)外加一個(gè)輸入電壓時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，VT1和VT2基極得到的輸入電壓將大小相等，但極性相反，如上圖所示。這樣的輸入電壓稱(chēng)為差模輸入電壓，用uId，則放大電路輸出電壓的變化量為

△uo＝△uC1－△uC2=△uID

所以差分放大電路的差模電壓放大倍數(shù)為

Ad=Au1 (4.2.5)

上式表明，差分放大電路的差模電壓放大倍數(shù)和單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同。可以看出，差分放大電路的特點(diǎn)是，多用一個(gè)放大管后，雖然電壓放大倍數(shù)沒(méi)有增加，但是換來(lái)了對(duì)零漂的抑制。

但是從抑制零漂的效果來(lái)看，基本形式的差分放大電路并不理想。其原因是電路兩側(cè)的管子特性和元件參數(shù)不可能完全相同，因此兩個(gè)三極管輸出端的溫漂也不可能完全抵消。為了衡量對(duì)零漂的抑制效果，需要提出一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，這就是共模抑制比。

3．共模抑制比

差分放大電路的輸入電壓有兩種形式，一種是差模輸入電壓uId，即兩個(gè)差放管的輸入電壓大小相等，但極性相反，見(jiàn)上圖。另一種是共模輸入電壓，即兩個(gè)差放管的輸入電壓大小相等，且極性相同，用uIc表示，見(jiàn)下圖。

如果溫度變化，兩個(gè)差放管的電流將按相同的方向一起增大或減小，相當(dāng)于給放大電路加上一個(gè)共模輸入信號(hào)。所以可以認(rèn)為，差模輸入信號(hào)反映了有效的信號(hào)，而共模輸入信號(hào)可以反映由于溫度變化等原因而產(chǎn)生的漂移信號(hào)或其他干擾信號(hào)。

放大電路對(duì)差模輸入電壓的放大倍數(shù)稱(chēng)為差模電壓放大倍數(shù)，用Ad表示，即

　　　　　(4.2.6)

而放大電路對(duì)共模輸入電壓的放大倍數(shù)稱(chēng)為共模電壓放大倍數(shù)，用Ac表示，即

　　　　　(4.2.7)

通常希望差分放大電路的差模電壓放大倍數(shù)愈大愈好，而共模電壓放大倍數(shù)愈小愈好。

差分放大電路找人模抑制比用符號(hào)KCMR表示，它的定義為差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，一般用對(duì)數(shù)表示，單位為分貝，即

　　　　　　(4.2.8)

共模抑制比描述差分放大電路對(duì)零漂的抑制能力。KCMR愈大，說(shuō)明抑制零漂的能力愈強(qiáng)。在理想情況下，差分放大電路兩側(cè)的參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)，兩管輸出端的溫漂完全抵消，則共模電壓放大倍數(shù)Ac＝0，共模抑制比KCMR＝∞。

對(duì)于基本形式的差分放大電路來(lái)說(shuō)，由于內(nèi)部參數(shù)不可能絕對(duì)匹配，所以輸出電壓UO仍然存在溫度漂移，共模抑制比很低。而且，從每個(gè)三極管的集電極對(duì)地電壓來(lái)看，其溫度漂移與單管放大電路相同，絲毫沒(méi)有改善。因此，在實(shí)際工作中一般不采用這種基本形式的差分放大電路。

二、長(zhǎng)尾式差分放大電路

為了減小每個(gè)管子輸出端的溫漂，引出了長(zhǎng)尾式差分放大電路。

1．電路組成

在兩個(gè)放大管的發(fā)射極接入一個(gè)發(fā)射極電阻Re，如下圖所示。這個(gè)電阻一般稱(chēng)為“長(zhǎng)尾”，所以這種電路稱(chēng)為長(zhǎng)尾式差分放大電路。

長(zhǎng)尾電阻Re的作用是引入一個(gè)共模負(fù)反饋，也就是說(shuō)，Re對(duì)共模信號(hào)有負(fù)反饋?zhàn)饔茫�而�?duì)并模信號(hào)沒(méi)有負(fù)反饋?zhàn)饔谩＜僭O(shè)在電路輸入端加上正的共模信號(hào)，則兩個(gè)管子的集電極電流iC1、iC2同時(shí)增加，使流過(guò)發(fā)射極電阻Re的電流iE增加，于是發(fā)射極電位uE升高，反饋到兩管的基極回路中，使uBE1、uBE2降低，從而限制了iC1、iC2的增加。

但是對(duì)于差模輸入信號(hào)，由于兩管的輸入信號(hào)幅度相等而極性相反，所以iC1增加多少，i C2就減少同樣的數(shù)量，因而流過(guò)RE的電流總量保持不變，則△uE＝0，所以對(duì)于差模信號(hào)沒(méi)有反饋?zhàn)饔谩?/P>

Re愈大，共模負(fù)反饋愈強(qiáng)，則抑制零漂的效果愈好。但是，隨著Re的增大，Re上的直流壓降將愈來(lái)愈大。為此，在電路中引入一個(gè)負(fù)電源VEE來(lái)補(bǔ)償Re上的直流壓降，以免輸出電壓變化范圍大小。引入VEE以后，靜態(tài)基極電流可由VEE提供，因此可以不接基極電阻Rb，如上圖所示。

2．靜態(tài)分析

當(dāng)輸入電壓等于零時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，故設(shè)IBQ1＝IBQ2＝IBQ，ICQ1＝ICQ2＝ICQ，UBEQ1＝UBQ2＝UBQ，UCQ1＝UCQ2＝UCQ，β1＝β2＝β，由三極管的基極回路可得靜態(tài)集電極電流和電位為

ICQ≈βIBQ

UCQ＝VCC－ICQRC（對(duì)地）

靜態(tài)基極電位為

UBQ=－IBQR（對(duì)地）　　　　　　（4．2．12）

三、恒流源式差分放大電路

1．電路組成

恒流源式差分放大電路如下圖所示。由圖可見(jiàn)，恒流管VT3的基極電位由電阻Rb1、Rb2分壓后得到，可認(rèn)為基本不受溫度變化的影響，則當(dāng)溫度變化時(shí)VT3的發(fā)射極電位和發(fā)射極電流也基本保持穩(wěn)定，而兩個(gè)放大管的集電極電流iC1和iC2之和近似等于iC3，所以iC1和iC2將不會(huì)因溫度的變化而同時(shí)增大或減小，可見(jiàn)，接入恒流三極管后，抑制了共模信號(hào)的變化。

有時(shí)，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，常常不把恒流式差分放大電路中恒流管VT3的具體電路畫(huà)出，而采用一個(gè)簡(jiǎn)化的恒流源符號(hào)來(lái)表示，如下圖所示。

2．靜態(tài)分析

估算恒流源式差分別電路的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，通常可以從確定恒流三極管的電流開(kāi)始。當(dāng)忽略VT3的基流時(shí)，可得到兩個(gè)放大管的靜態(tài)電流和電壓為

ICQ1=0.5ICQ3 (4.2.18)

UBQ1= - IBQ1R (4.21)

四、差分放大電路的輸入、輸出接法

差分放大電路有兩個(gè)放大三極管，它們的基極和集電極分別是放大電路的兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。差分放大的輸入、輸出端可以有四種不同的接法，即差分輸入、雙端輸出，差分輸入、單端輸出，單端輸入、雙端輸出和單端輸入、單端輸出，如下圖所示。當(dāng)輸入、輸出的接法不同時(shí)，放大電路的性能、特點(diǎn)也不盡相同，下面分別進(jìn)行介紹。

1．差分輸入、雙端輸出

電路見(jiàn)上圖（a）。

2．差分輸入、單端輸出

電路見(jiàn)上圖（b）。由于只從三極管VT1的集電極輸出，而另一管VT2集電極的電壓變化沒(méi)有輸出，所以△uO約為雙端輸出時(shí)的一半,

如改從VT2集電極輸出，則輸出電壓將與輸入電壓同相，即Ad的表達(dá)式中沒(méi)有負(fù)號(hào)。

差模輸入電阻和輸出電阻為

Rid＝2（R＋rbe）　　　　　　（4．2．23）

RO＝Rc　　　　　　　　　　（4．2．24）

這種接法常用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，以便與后面的放大級(jí)實(shí)現(xiàn)共地。

3．單端輸入、雙端輸出

在單端輸入的情況下，輸入電壓只加在某一個(gè)三極管的基極與公共端之間，另一管的基極接地，如上圖（c）所示。現(xiàn)在來(lái)分析一下單端輸入時(shí)兩個(gè)三極管的工作情況

在上圖（c）中，設(shè)某個(gè)瞬時(shí)輸入電壓極性為正，則VT1的集電極電流iC1將增大，流過(guò)長(zhǎng)尾電阻Re或恒流管的電流也隨之增大，于是發(fā)射極電位uE升高，但VT2基極回路的電壓uBE2－uB2－uE將降低，使VT2的集電極電流iC2減小。可見(jiàn)，在單端輸入時(shí)，仍然是一個(gè)三極管的電流增大，另一管電流減小。

因長(zhǎng)尾電阻或恒流三極管引入的共模負(fù)反饋將阻止iC1和iC2同時(shí)增大或減小，故當(dāng)共模負(fù)反饋?zhàn)銐驈?qiáng)時(shí)，可認(rèn)為iC1和iC2之和基本上不變，即△iC1＋△iC2≈0，或△iC1≈-△iC2。說(shuō)明在單端輸入時(shí)，發(fā)射極電壓uE將隨輸入電壓uI變化，當(dāng)共模反饋?zhàn)銐驈?qiáng)時(shí)，可認(rèn)為VT1的輸入電壓△uBE1=△u1－△uE，VT2的輸入電壓△uBE2=－△uE。由此可知，△uBE1與△uBE2大小近似相等而極性相反，即兩個(gè)三極管仍然基本上工作在差分狀態(tài)。這種接法主要用于單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙端輸出，以便作為下一級(jí)的差分輸入信號(hào)。

4．單端輸入、單端輸出

電路如上圖（d）所示。由于從單端輸出，所以其差模電壓放大倍數(shù)約為雙端輸出時(shí)的一半。

如果改從VT2的集電極輸出，則以上Ad的表達(dá)式中沒(méi)有負(fù)號(hào)，即輸出電壓與輸入電壓相同。

這種接法的特點(diǎn)是在單端輸入和單端輸出的情況與，比一般的單管放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。另外，通過(guò)從不同的三極管集電極輸出，可使輸出電壓與輸入電壓成反相或同相關(guān)系。

總之，根據(jù)以上對(duì)差分放大電路輸入、輸出端四種不同接法的分析，可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：

①雙端輸出時(shí)，差模電壓放大倍數(shù)基本上與單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同；單端輸出時(shí)，Ad約為雙端輸出時(shí)的一半。

②雙端輸出時(shí)，輸出電阻RO＝2RC；單端輸出時(shí)，RO=RC。

③雙端輸出時(shí)，因?yàn)閮晒芗�電極電壓的溫漂互相抵消，所以在理想情況下共模抑制比KCMT＝∞；單端輸出時(shí)，由于通過(guò)長(zhǎng)尾電阻或恒流三極管引入了很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，因此仍能得到較高的共模抑制比，當(dāng)然不知雙端輸出時(shí)間高。

④單端輸出時(shí)，可以選擇從不同的三極管輸出，而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。

⑤單端輸入時(shí)，由于引入了很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩個(gè)三極管仍基本上工作在養(yǎng)分狀態(tài)。

⑥單端輸入時(shí)，從一個(gè)三極管到公共端之間的差模輸入電阻Rid≈2（R＋reb）.

現(xiàn)將四種不同接法時(shí)差分放大電路的主要性能和特點(diǎn)列出表4－1中，以便對(duì)照比較。