差分放大电路

quinn1994

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分类专栏： FPGA 文章标签： fpga开发硬件工程

于 2022-03-01 17:31:08 首次发布

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本文详细介绍了差分放大电路的基本形式、特点及工作原理。这种电路以双端输入、双端输出为特征，元件参数对称，能够放大差模信号并抑制共模信号，有效克服零点漂移问题。在静态分析中，通过计算得出静态工作点的特性；动态分析部分分别探讨了差模输入和共模输入的情况，展示了差模放大倍数和共模抑制比的计算过程。差分放大电路在实际应用中常用于提高信号质量，降低噪声影响。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、基本电路形式与特点

这是一个双端输入，双端输出

1、元件参数对称

2、放大差模信号，抑制共模信号。

3、有效克服零点漂移

4、双电源

5、UI1=UI2时，UO=0;

二、工作原理

1、定义

共模信号：数值相等，极性相同的输入信号

差模信号：数值相等，极性相反的收入信号

2、静态分析

这里先对，三极管下半部分分析。以接地点分析：

$V_{EE}=U_{BEQ}+I_{EQ}\cdot R_{E}$

则： $I_{EQ}=\left ( V_{EE}-U_{BEQ} \right )/R_{E}$ （2-1）

由于两边参数一致：

有： $I_{CQ1}=I_{CQ2}\approx I_{EQ1}\approx I_{EQ2}\approx \frac{1}{2}I_{EQ}$ （2-2）

将式(2-1)带入（2-2）得：

$I_{CQ1}= \frac{1}{2}\left ( V_{EE}-U_{BEQ} \right )/R_{E}$

再对上半部分分析，

$U_{CQ1}=V_{CC}- I_{CQ1}\cdot R_{c1}$

$U_{CQ2}=V_{CC}- I_{CQ2}\cdot R_{c2}$

3、动态分析

(1）差模输入

在输入端，输入两个大小相同、方向相反的信号

$U_{i1}=-U_{i2}$

有：

$i_{E}=i_{E1}+i_{E2}=2i_{E1}$

$\Delta i_{E1}=-\Delta i_{E2}$

$\Delta i_{E1}+\Delta i_{E2}=\Delta i_{E}$

$\Delta U_{RE}=0$

Re的作用是稳定Q点（静态工作点），提高共模抑制能力。

这里有交流通路下的差分放大电路图：

因为电压恒定不变，所以Vcc，Vee直接短路到地。

这里Re为什么相当于短路？

因为没有这里是两个地，没有电势差。

差模放大倍数Aud

$u_{i1}=-u_{i2}$

这里为什么在 $u_{C1}$ 和 $u_{C2}$ 间加一个电阻？

因为输出端有负载，所以加一个等效电阻。

由图：

$u_{C0}=u_{C1}-u_{C2}=u_{O-1}-u_{O2}=2u_{O1}=-2u_{O2}$

$A_{ud}=\frac{U_{od}}{U_{id}}=\frac{U_{o1}-U_{o2}}{U_{i1}-U_{i2}}=\frac{2U_{o1}}{2U_{i1}}=\frac{U_{o1}}{U_{i1}}=\frac{U_{o1}}{U_{o2}}=A_{ud1}$

这里为什么 $U_{o2}=U_{i1}$ ？

因为

这里令负载电阻为 $R_{L}$ ,根据上图得到微变等效电路图：

这里 $r_{be}$ 是三极管交流输入电阻。菱形符号为三极管。

则有单边微变等效电路：

根据上图：

$A_{ud1}=\frac{U_{od1}}{U_{id1}}=\frac{(R_{C}//\frac{R_{L}}{2})\cdot\beta i_{b1}}{r_{be1}\cdot i_{b1}}=\frac{(R_{C}//\frac{R_{L}}{2})\cdot\beta }{r_{be1}}=A_{ud}$

(2）共模输入

在输入端，输入两个大小相同、方向相同的信号

$U_{i1}=U_{i2}=U_{ic}$

特性：

放大倍数：

共模抑制比：

可见差分放大电路，抑制共模信号，放大差模信号

抑制：

三、示波器波形显示

参考文献：

模拟电子技术基础简明教程第三版清华大学杨素行

差分放大电路 - 百度文库zh

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