差分放大電路是為解決直流放大器的工作點漂移而出現的。由于集成電路中晶體管的一致性好，且大電容不易制造，差分電路已成為模擬集成電路中放大電路的主要形式。電子管差分放大器與晶體管差分放大器原理差不多，但在音頻領域內實際應用并不多。其基本電路如上圖所示。
當兩個電子管的特性一致時，兩管的屏流相等，兩個輸出端的電壓幅值相等，相位相反。由于陰極電阻R5的作用，在電子管的柵極輸入信號時，一個管子屏流的增加必然導致另一個管子屏流的減少，并且增加量與減少量相等，而輸出電壓則是二者之差，這正是差分電路名稱的由來。
但當電子管的工作點選擇不當時，仍可能出現一個管子的增加量不等于另一個管子減小量的情況，即放大器出現了失真。當雙端輸出時，失真被抵銷一大部分，而單端輸出時，失真并不能被抵銷，與單管放大器（工作點相同）差不多。電子管差分放大電路對管子的配對要求也比較高，兩管一致性越好，電路性能越好。此外還與陰極電阻R5有關，R5越大，電路性能越好。但陰極電阻大，相應要求負電源電壓高。例如《電子報》2006年24期《電子管差分放大電路》一文陰極電阻高達68kΩ，若每管屏流為1mA，則負電源應達－134V）（柵負壓－2V）功耗也增加。為此，也可采用在陰極電路接入恒流源的方法，如下圖所示，但又增加了電路的復雜性，恒流源除可采用晶體管，也可采用恒流二極管或電子管，此時，陰極負電壓只需10～20V。
在采用陰極電阻的情況下，電阻大小可用下式計算：
R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS為陰極負電壓，VG為柵負壓，I為單管屏極電流。當｜VS｜｜VG｜時，可按R5＝VS2／2I選取電阻。當電阻接入電路后，其直流負反饋作用可自動提供適宜的柵負壓穩定工作點（工作點可能與原選值略有差異，但不影響正常工作）。
較之單管放大器，電子管差分放大器有如下優點：
1.省去了陰極旁路電路，電路頻響可至OHz，成為直流放大器，但高端頻響不變。
2.具有高的共模抑制能力，對共模干擾、噪聲及電源電壓變化不敏感。
3.工作點十分穩定，陰極負電壓越高，工作點越穩定。
4.輸入、輸出均可選擇單端、雙端任意搭配，十分靈活。如可實現單端輸入，雙端輸出，且輸出大小相等、相位相反的電壓。
但同時也存在固有缺陷：
1.多用了一倍的電子管及元件，且選管配對要求高。
2.必須另設一組單獨的較高質量陰極負電源。若負電源質量不高，反而引入干擾和噪聲。
3.單端輸入、單端輸出時的尖真與單管放大器差不多，而其放大倍數減少一半。
通常，音頻放大器并不需要放大直流信號，其輸入、輸出端大都為電容耦合，工作點輕微變動并不影響交流放大。同時，工作中的共模干擾也很少，加之又存在上述三個固有缺陷，決定了電子管差分放大電路在音頻領域中應用并不很多。特別是一般前級放大器，根本沒有必要采用差分放大器。當然，音響發燒進行試驗及追求完美另當別論。電子管差分放大器在音頻電路中應用主要有兩個方面：一是作為平衡輸入的前級放大器，以配合線路平衡傳輸時要求的雙端輸入及對共模干擾的抑制。二是作為末級推挽功放的倒相推動級，由于差分放大器雙端輸出的是相位相反的音頻信號，故可通過電容耦合直接推動末級推挽功率電子管，較之常見的分負載倒相或變壓器倒相有更好的性能。另外，電路上圖、下圖中的電位器是在兩管特性不太一致時調平衡之用，以保證輸入為零時雙端輸出為零。用于交流放大時，兩管屏流的輕微不平衡不影響正常工作，此電位器可省去。也可在每個管子的陰極串一小電阻再接陰極電阻上，以提供適量的本級負反饋。
