差分放大電路:電路性能衡量指标-中文百科頻道

簡介

差分放大電路具有電路對稱性的特點，此特點可以起到穩定工作點的作用，被廣泛用于直接耦合電路和測量電路的輸入級。但是差分放大電路結構複雜、分析繁瑣，特别是其對差模輸入和共模輸入信号有不同的分析方法，難以理解，易于混淆，是模拟電子技術基礎課程的難點與重點。

差分放大電路有差模和共模兩種基本輸入信号，由于其電路的對稱性，當兩輸入端所接信号大小相等、極性相反時，稱為差模輸入信号；當兩輸入端所接信号大小相等、極性相同時，稱為共模信号。通常我們将要放大的信号作為差模信号進行輸入，而将由溫度等環境因素對電路産生的影響作為共模信号進行輸入，因此我們最終的目的，是要放大差模信号，抑制共模信号。

模拟電子技術中常使用的模拟量在經過傳感器之後轉換的電信号都比較微弱，為了能更好的測量這些微弱信号，一般都會對其進行放大處理。但是對于模拟量轉換的電量為變化緩慢的非周期性信号時，例如溫度、流量、液面等模拟量，對于這種信号一般采取通過直接耦合放大電路放大後再驅動負載，但是直接耦合放大電路會有零點漂移現象（輸入電壓為零而輸出電壓的變化不為零），為了抑制零點漂移一般采用特性相同的晶體管（版圖尺寸相同），這樣的電路稱為差分放大電路。

差分放大電路是直接耦合放大電路的基本組成單元，該電路對于不同的輸入信号有不同的作用，對于共模信号起到很強的抑制作用，而對差模信号起到放大作用，并且電路的放大能力與輸出方式有關。

作用

當今世界之所以能稱之為智能化的時代，是由于各種智能化的設備得到了普及，而這些智能化設備之所以能夠智能化，離不開功能各異的各種傳感器，而這些傳感器所采集到的電信号一般都很微弱，同時這些微弱的電信号往往都是低頻信号，所以對這些信号進行放大處理時，需要采用直接耦合放大電路進行放大，所謂直接耦合放大器就是各級放大器的級聯是靠導線直接連接，因此直接耦合連接方式有很好的低頻特性同時又很容易做成集成電路。

直接耦合放大電路雖然有以上幾大優勢，但普通的直接耦合放大電路存在零點漂移現象，所謂“零點漂移”，就是當輸入信号為零時而輸出信号不為零。差分放大電路是一種直接耦合放大電路，差分電路本身具有良好的電氣對稱性，使其對共模信号有良好的抑制作用，所以能有效地抑制零點漂移現象的發生。

原理

零點漂移現象的産生，其原因有很多，但最為主要的原因還是晶體管受到外部溫度變化所引起的靜态工作點的波動，所以零點漂移也常被稱為溫度漂移，簡稱溫漂。那差分放大電路是如何做到抑制溫漂的呢？

圖4所示電路為長尾差分放大電路，當兩端的輸入信号電壓為零，即 uI1=uI2=0 時，也就是電路處于直流工作狀态。理想情況下，因為 T1與 T2管的電氣特性完全相同，其外接電阻參數也相同，那麼就有集電極對地電位Ucq1=Ucq2的結果，所以靜态時的輸出電壓Uo=0。

如果外界溫度升高了，理想情況下，Icq1和Icq2也會同時增大，而且其增大幅度完全相同，從而導緻兩個集電極電阻上的壓降出現等值幅度的增大，進而使 Ucq1和 Ucq2同時等值幅度變化，所以輸出Uo=Ucq1–Ucq2=0保持不變。如果外界溫度降低了，将會引起上述變化的一個反過程，最後得到的結果還是輸入電壓保持不變。經過上述分析，我們發現差分電路巧妙地利用電路的對稱性消除了放大電路在輸出端的零點漂移。此外，增大發射極電阻也可以穩定工作點。實際上，集成電路中的差分對管，不會完全一緻，總存在不對稱的情況，因此運算放大器總存在溫漂。所以，當運放做為微弱信号的前級時，溫漂稱為非常重要的技術指标。