差分放大器

概况

　　[英]Differential amplifier 　　能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。它可以是平衡（术语“平衡”意味着差分）输入和输出，也可以是单端（非平衡）输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换，是各种集成电路的一种基本单元。 　　由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时，输出为零，从而克服零点漂移。适于作直流放大器。 差分放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，有时简称为“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器（简称“功放”）和发射极耦合逻辑电路 (ECL, Emitter Coupled Logic) 的输入级。 　　差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广，只要将差放的一个输入端接地，即可得到单端输入的放大器。 　　很多系统在差分放大器的一个输入端输入信号，另一个输入端输入反馈信号，从而实现负反馈。常用于电机或者伺服电机控制，以及信号放大。在离散电子学中，实现差分放大器的一个常用手段是差动放大，见于多数运算放大器集成电路中的差分电路。 　　右图为差分放大器电路图，未显示偏置等电路。

举例

　　差分放大器可以用晶体三极管（晶体管）或电子管作为它的有源器件。输出电压u0=u01-u02,是晶体管T1和T2集电极输出电压u01和u02之差。当T1和T2的输入电压幅度相等但极性相反,即us1=-us2 时，差分放大器的增益Kd(称差模增益)和单管放大器的增益相等,即Kd≈Rc/re,式中Rc=Rc1=Rc2,re是晶体管的射极电阻。通常re很小,因而Kd较大。当us1=us2 ,即两输入电压的幅度与极性均相等时，放大器的输出u0应等于零,增益也等于零。实际放大电路不可能完全对称，因而这时还有一定的增 益。这种增益称为共模增益，记为Kc。在实际应用中,温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响，等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。利用电路的对称性可以使之互相抵消或予以削弱，使输出端的漂移电压大大减小。显然，共模增益越小，即电路对称性越好时，这种漂移电压也越小。 　　通常用差模增益Kd和共模增益Kc的比值Kd/Kc来表示差分放大器的性能。这个比值称为共模抑制比(CMRR)。一般差分放大器的共模抑制比约为几十分贝，性能较高的可达百分贝以上。 　　分析表明,共模抑制比CMRR≈βRe/hie,式中hie表示晶体管的输入电阻。因此采用电流放大系数 β大的晶体管或复合管，或者采用恒流源电路代替发射极公共电阻Re都可以提高差分放大器的共模抑制比。图2是用恒流源代替Re的差分放大器。这种电路已广泛用于各种集成电路。