差分放大器也叫差動(dòng)放大器是一種將兩個(gè)輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器,有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器(簡(jiǎn)稱(chēng)“功放”)和發(fā)射極耦合邏輯電路 (ECL, Emitter Coupled Logic) 的輸入級。
如果Q1 Q2的特性很相似,則Va,Vb將同樣變化。例如,Va變化+1V,Vb也變化+1V,因為輸出電壓VOUT=Va-Vb=0V,即Va的變化與Vb的變化相互抵消。這就是差動(dòng)放大器可以作直流信號放大的原因。???? 若差放的兩個(gè)輸入為,則它的輸出Vout為:
?
其中Ad是差模增益 (differential-mode gain),Ac是共模增益 (common-mode gain)。
因此為了提高信/噪比,應提高差動(dòng)放大倍數,降低共模放大倍數。二者之比稱(chēng)做共模仰制比(CMRR, common-mode rejection ratio)。共模放大倍數AC可用下式求出:
??????? Ac=2Rl/2Re
通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比 (CMRR, common-mode rejection ratio) 衡量差分放大器消除共模信號的能力:
?
由上式可知,當共模增益Ac→0時(shí),CMRR→∞。Re越大,Ac就越低,因此共模抑制比也就越大。因此對于完全對稱(chēng)的差分放大器來(lái)說(shuō),其Ac = 0,故輸出電壓可以表示為:
所謂共模放大倍數,就是Va,Vb輸入相同信號時(shí)的放大倍數。如果共模放大倍數為0,則輸入噪聲對輸出沒(méi)有影響。
要減小共模放大倍數,加大RE就行通常使用內阻大的恒流電路來(lái)帶替RE
?差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣,只要將差放的一個(gè)輸入端接地,即可得到單端輸入的放大器。很多系統在差分放大器的一個(gè)輸入端輸入反饋信號,另一個(gè)輸入端輸入反饋信號,從而實(shí)現負反饋。常用于電機或者伺服電機控制,穩壓電源,測量?jì)x器以及信號放大。在離散電子學(xué)中,實(shí)現差分放大器的一個(gè)常用手段是差動(dòng)放大,見(jiàn)于多數運算放大器集成電路中的差分電路。
單端輸出的差動(dòng)放大電路 (不平衡輸出)
?
單端較差動(dòng)輸出之幅度小一倍,使用單端輸出時(shí),共模訊號不能被抑制,因Vi1與Vi2同時(shí)增加,VC1與VC2則減少,而且VC1=VC2,但Vo =VC2,并非于零(產(chǎn)生零點(diǎn)漂移)。
但是加大RE阻值可以增大負回輸而抑制輸出,并且抑制共模訊號,因Vi1=Vi2時(shí),
Ii1及Ii2也同時(shí)增加,IE亦上升而令VE升高,這對Q1和Q2產(chǎn)生負回輸,
令Q1和Q2之增益減少,即Vo減少。
當差動(dòng)訊號輸入時(shí),Vi1 = -Vi2,IC1增加而IC2減少,總電流IE = IC1 + IC2便不變,
因此VE也不變,加大RE電阻值之電路會(huì )將差動(dòng)訊號放大,不會(huì )對Q1及Q2產(chǎn)生負回輸
及抑制。
??? b)減低功率消耗(相對純電阻來(lái)說(shuō))。
??? c)提高差動(dòng)放大之輸出電壓。
??? d)提高共模抑制比CMRR。
?
因電流鏡像原理,IC4 = IC1
故此,Io = IC4 IC2 = IC1 IC2 (ΔIo = 2ΔIC1或2ΔIC2)
這說(shuō)明了輸出電流是IC1和IC2的相差,即將輸出變?yōu)榫哂须p端差動(dòng)輸出性能的單端輸出 (故對共模訊號之抑制有改善因雙端差動(dòng)輸出才能產(chǎn)生消除共模訊號作用)。
IC2減少使Q2之VCE增加,使Vo上升而IC4增加,使Q4之VCE減少,這也是使Vo增加,
故此,Vo上升之幅度是使用電阻為負載之單端輸出電壓大一倍。
- 差分(21161)
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