模拟电路网络课件 第二十六节:差分式放大电路

6.2 差分式放大电路

一、直接耦合多级放大电路的零点漂移

多级放大电路的耦合方式

为了获得足够高的增益或满足输入电阻、输出电阻的特殊要求，实用的放大电路通常由几级基本放大单元级联而成，构成多级放大电路。各级之间的连接方式称为耦合方式。常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合三种。

直接耦合多级放大电路的特点

直接耦合也称为直流耦合。其优缺点如下：

优点：

（1）信号传输通路没有电抗元件，可以放大直流及缓慢变化的信号；

（2）体积小，便于集成

缺点：

（1）各级之间静态工作点相互影响

（2）存在较严重的零点漂移问题

图1是一个3级直接耦合放大电路。根据各级输入输出所处的电极，可以判断出第一、二级是共发射极组态，第三级是共集电极组态。

零点漂移

如果将直接耦合放大电路的输入端短路，其输出端应有一固定的直流电压，即静态输出电压。但实际上输出电压将随着时间的推移，偏离初始值而缓慢地随机波动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。零漂实际上就是静态工作点的漂移。

零漂产生的主要原因

（1）温度的变化。由温度对放大电路工作点影响一节我们知道，温度的变化最终都将导致BJT的集电极电流IC的变化，从而使静态工作点发生变化，使输出产生漂移。因此，零漂有时也称为温漂。

（2）电源电压波动。电源电压的波动，也将引起静态工作点的波动，而产生零点漂移。

分析零点漂移应注意的几个问题

（1）只有在直接耦合放大电路中，前级的零点漂移才能被逐级放大，并最终传送出。

（2）第一级的漂移影响最大，对放大电路的总漂移起着决定性作用。

（3）当漂移电压的大小可以与有效信号电压相比时，将“淹没”有效信号。严重时甚至使后级放大电路进入饱和或截止状态，而无法正常工作。

抑制零点漂移一般措施

（1）用非线性元件进行温度补偿；

（2）采用调制解调方式。如“斩波稳零放大器”；

（3）采用差分式放大电路。

目前，第三种方式以其简单，经济，抑制零漂能力强等特点而广泛采用。本章只介绍该方式抑制零漂的原理。

二、差模信号与共模信号

根据第1章知识我们知道，放大电路是一个双口网络，每个端口有两个端子，其端口结构示意图如图1所示。当两个输入端子的输入信号分别为vi1和vi2时，两信号的差值称为差模信号，而两信号的算术平均值称为共模信号，即

差模信号

共模信号

根据以上两式可以得到

可以看出，两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号两部分。

两种信号的特点

差模分量：大小相等，相位相反

共模分量：大小相等，相位相同

差模电压增益         共模电压增益

总输出电压  

其中， 表示由差模信号产生的输出

       表示由共模信号产生的输出

共模抑制比    

共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标。

三、差分放大电路的结构

四、差分放大电路的静态分析

五、抑制零漂的原理

双端输出时

在图1差分式放大电路中

温度变化

®两管集电极电流以及相应的

集电极电压相同的变化

®在电路完全对称的情况下，双端输出

（两集电极间）的电压可以始终保持为零

®抑制了零点漂移                  图1

尽管在实际情况下，要做到两管电路完全对称是比较困难的，但输出漂移电压仍将大大减小。

单端输出时

抑制零点漂移的作用也可以从另一方面来理解。由BJT的工作特性我们知道，温度升高时，集电极电流会增加。由于电路中Re的存在，将对电路产生如下影响：

以上过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。 但由于Re上流过两倍的集电极变化电流，其稳定能力比射极偏置电路更强。

关键

Re越大，抑制零漂能力越强。图2中发射极采用电流源电路，其等效电阻更大，所以有更强的抑制零漂能力。

由于温度变化或电源电压波动，会对两管集电极电流产生相同的影响，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。因此，当提高电路的共模抑制比时，也就提高了抑制零漂的能力。

六、差分放大电路的差模动态指标

七、共模动态指标与共模抑制比

八、差分放大电路的不同接法的性能比较

差分式放大电路几种接法的性能指标比较

九、FET差分放大电路

FET差分式放大电路的特点

输入阻抗高，输入偏置电流很小。

JFET构成的差分式放大电路：输入电阻可达1012W，输入偏置电流约为100pA数量级；

MOSFET差分式放大电路：输入电阻则可达1015W，输入偏置电流在10pA以下。

FET差分式放大电路的分析

FET差分式放大电路的电路结构、工作原理和分析方法与BJT差分式放大电路基本相同，并具有相同的电路特点，只不过是用FET的小信号模型来分析计算而已。

图1所示为带恒流源的JFET差分式放大电路。其中JFET T1、T2是差分对管，BJT T3、T4及R1、R2、R3组成恒流源电路，用于抑制共模信号。电路的动态指标计算类似于场效应管单极共源放大电路。由于该电路是单入-单出差分式放大电路，所以，其差模电压增益为

式中gm为T1、T2的互导。

输入电阻的计算与BJT构成的差分放大电路有所差别。由于场效应管的输入电阻很大，栅极电流可忽略不计。同时，该电路的栅极有Rg电阻接地。所以，差模输入电阻为

Rid»Rg

十、差分放大电路的传输特性