差动放大电路原理介绍

从电路结构上说，差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路组成。由于电路具有许多突出优点，因而成为集成运算放大器的基本组成单元。 一、差动放大电路的工作原理

最简单的差动放大电路如图7-4所示，它由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。在该电路中，晶体管T 1、T 2型号一样、特性相同，R B1为输入回路限流电阻，R B2为基极偏流电阻，R C 为集电极负载电阻。输入信号电压由两管的基极输入，输出电压从两管的集电极之间提取(也称双端输出)，由于电路的对称性，在理想情况下，它们的静态工作点必然一一对应相等。

图7-4 最简单的差动放大电路

1．抑制零点漂移

在输入电压为零， u i1 = u i2 = 0 的情况下，由于电路对称，存在I C1 = I C2，所以两管的集电极电位相等，即 U C1 = U C2，故

u o = U C1 - U C2 = 0。

当温度升高引起三极管集电极电流增加时，由于电路对称，存在

，导致两管集电极电位的下降量必然相等，即

所以输出电压仍为零，

即

。

由以上分析可知，在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。

抑制零点漂移是差动放大电路最突出的优点。但必须注意，在这种最简单的差动放大电路中，每个管子的漂移仍然存在。 2．动态分析

差动放大电路的信号输入有共模输入、差模输入、比较输入三种类型，输出方式有单端输出、双端输出两种。 (1)共模输入。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，即，这种输入方式称为共模输入。大小相等、极性相同的信号为共模信号。

很显然，由于电路的对称性，在共模输入信号的作用下，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。说明差动放大电路对共模信号无放大作用。共模信号的电压放大倍数为零。

(2)差模输入。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压，即u

i1= -u

i2 ,

这种输入方式称为差模输入。大小相等、极性相反的信号，为差模信号。

在如图7-4所示电路中，设u

i1 > 0 u

i2

< 0，则在u

i1

的作用下，T

1

管的集

电极电流增大，导致集电极电位下降(为负值)；同理，在U

i2的作用下，T

2

管的集电极电流减小，导致集电极电位升高(为正值)，由于 = ，很显然，和大小相等、一正一负，输出电压为

u

o = -

若 = 2V， = 2V，则

u

o

= -2 - 2 =-4V

可见，差动放大电路对差模信号具有较好的放大作用，这也是其电路名称的由来。

(3) 比较输入

两个输入信号电压大小和相对极性是任意的，既非差模，又非共模。在自动控制系统中，经常运用这种比较输入的方式。

例如，我们要将某一炉温控制在1000 ℃，利用温度传感器将炉温转

变成电压信号作为u

i2加在T

2

的输入端。而u

i1

是一个基准电压，其大小等于

1000 ℃时温度传感器的输出电压。如果炉温高于或低于1000 ℃，u

i2

会随之发

生变化，使u

i2与基准电压u

i1

之间出现差值。差动放大电路将其差值进行放大，

其输出电压为

u

o = A

u

(u

i1

- u

i2

).

u

i1 - u

i2

的差值为正，说明炉温低于1 000 ℃，此时u

o

为负值；反之，

u

o

为正值。我们就可利用输出电压的正负去控制给炉子降温或升温。

差动放大电路是依靠电路的对称性和采用双端输出方式，用双倍的元件换取有效抑制零漂的能力。每个管子的零漂并未受到抑制。再者，电路的完全对称是不可能的。如果采用单端输出(从一个管子的集电极与地之间取输出电压)零点漂移就根本得不到抑制。为此，必须采用有效措施抑制每个管子的零点漂移。

二、典型差动放大电路

典型差动放大电路如图7-5所示，与最简单的差动放大电路相比，该

电路增加了调零电位器R

p 、发射极公共电阻R

E

和负电源E

E

。

图7-5 典型差动放大电路

下面分析电路抑制零点漂移的原理、发射极公共电阻R

E

(可以认为调零

电位器R

p 是R

E

的一部分)和负电源E

E

的作用。

由于电路的对称性，无论是温度的变化还是电源电压的波动，都会引

起两个三极管集电极电流和电压的相同变化，即= ，或U

01= U

02

，

因此，其中相同的变化量互相抵消，使输出电压不变，从而抑制了零点漂移。当然，实际情况是：为了克服电路不完全对称引起的零点漂移及减小每个三极管集电极对地的漂移电压，电路中增加了发射极公共电阻R

E

，它具有电流负反馈作用，

可以稳定静态工作点。例如温度升高时，T

1和T

2

的集电极电流和都要增大，

它们的发射极电流和会增大，流过发射极公共电阻的电流I

E

= + 也会

增大，R

E 上的电压增大，T

1

和T

2

的发射极电位升高，使和减小，则和

减小，从而抑制了和的增加。这样，由于温度变化引起的每个管子的漂移，通过R

E

的作用得到了一定程度的抑制。抑制零点漂移的过程，如图7-6所示。由温度变化造成每个三极管输出电压的漂移都得到一定程度的抑制，且RE 的阻值越大，抑制零漂的作用就会越强。

图7-6 抑制零点漂移的过程

由于差模信号使两个三极管的集电极电流一增一减，只要电路的对称

性足够好，其变化量的大小相等，流过R

E 的电流就等于静态值不变，因此R

E

对

差模信号的放大基本上不产生影响。

既然R

E 不影响差模信号的放大，为了使R

E

抑制零漂的作用显著一些，