差动放大电路

一、差动放大电路又叫差分放大电路,它不仅可以有效地放大交流信号,而且能有效地减小由于电源波动晶体管随温度变化而引起的零点漂移问题,因而应用极其广泛。差分放大电路被大量地应用于集成运放电路中,常常用于多级放大器的输入级。差动放大电路能够有效抑制共模干扰的问题。差动放大电路的输入和输出各有两个端口,其是对两个输入信号的差值进行放大作用的。

差动放大电路的基本形式对电路的要求:电路必须要特性良好,而且两个晶体管或MOS管的特性要保持一致


二、差动放大电路的特性:

(1)、差动放大电路的电压增益为一只晶体管的共发射极放大电路增益的1/2,但是如果取出输出1和输出2之间的信号,此时电压增益与共发射极电路的电压增益相同

(2)、差动放大电路的两个输出端输出的是振幅相同相位相反的信号。

(3)、差动放大电路的工作原理就是:保持两个发射极的电流和为一个恒定值,两个发射极线与后连接恒流源

(4)、晶体管的基极-发射极间的电压Vbe几乎为0.6V,而且具有-2.5mV/℃的温度系数,因此温度变化会导致Vbe发生变化,从而就会影响放大电路的稳定性。我们称Vbe的变化量乘上增益为温度漂移。但是差分放大电路对两个管子的输入差进行放大,两个管子的Vbe的温度变化会相互抵消,不会出现在输出电路,有效地减少了温漂的影响(必须保持两个管子的温度特性一致)

(5)、可以采用双晶体管的集成IC来保持管子的特性尽量保持一致,其中关键的是不仅要保持两个管子Vbe的温度特性保持一致,还要保持Vbe器件本身的特性误差造成的影响。


三、差动放大电路的性能参数:

(1)、输入输出阻抗:差动放大电路的输入输出阻抗和共射放大电路一样。

(2)、共模抑制比(CMRR):表示加在两个输入端的同一信号成分有多大程度能够受到抑制的特性。共模抑制比是衡量差分放大电路抑制共模信号放大差模信号能力的重要参数。

共模抑制比:放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比,单位是分贝(dB)。我们希望共模抑制比越大越好,共模抑制比越大,放大电路的性能越优良。共模抑制比会随着信号频率的上升而变差,因此差动放大电路的共模抑制比是决定输入信号频率特性的重要参数。

 

<think>好的,我现在需要帮助用户理解差动放大电路和差分的概念及其关系。用户之前可能已经接触过差分放大器的基本知识,现在想更深入地了解它们的定义、原理、区别和联系。首先,我得回忆一下相关的电子学知识,尤其是差分放大电路的工作原理。根据用户提供的引用内容,引用[1]解释了差模和共模的区别,以及差分信号如何抑制共模噪声。引用[2]讨论了差分放大电路的静态分析,提到电路对称性如何影响差模信号的放大。引用[3]则涉及实际应用中的运放配置,比如电压跟随器和电流采集电路,说明差分放大在测量中的应用。我需要将这些信息整合起来,先明确差分和差动放大电路的定义。差动放大电路,也就是差分放大电路,核心是处理差模信号,抑制共模干扰。差分是一种信号传输方式,使用两根线传输相反的信号,通过两者的差值来传递信息,这样可以有效减少共模噪声的影响。接下来是原理部分。差动放大电路通常由对称的晶体管或运放构成,当输入差模信号时,两边的晶体管电流变化相反,导致集电极电位变化相反,从而输出电压是两倍的单个变化量,提高了放大倍数。同时,共模信号会引起同方向的电流变化,但由于发射极电阻的负反馈作用,共模增益被抑制。引用[2]中的静态分析说明了这一点,RE对差模信号相当于短路,而对共模信号有反馈,从而增强差模放大能力,抑制共模干扰。区别方面,差分是信号传输方式,而差动放大是电路结构。差动放大电路是实现差分信号处理的具体手段。联系则是差动放大电路利用差分原理来工作,两者相辅相成。用户可能还不太清楚差模和共模如何在实际电路中转化,比如引用[1]提到,如果两根线对地噪声衰减不同,共模会转为差模噪声。这可能影响电路设计,需要确保线路对称性以减少这种转换。另外,实际应用中的例子,如RS485总线和运放电路,能帮助用户理解理论。引用[3]中的电流采集电路展示了差分放大如何用于测量微小电压差,进而计算电流,这说明了其应用场景。 需要确保回答结构清晰,分点解释定义、原理、区别和联系,并举例说明。同时,用户可能希望了解差动放大电路的优势,如高共模抑制比(CMRR),以及如何通过对称设计和恒流源来优化性能,如引用[2]中的恒流源分析。 最后,生成相关问题时,可以涉及共模抑制比、实际应用案例、电路设计考虑因素等,帮助用户进一步探索。</think>### 差动放大电路与差分的概念及关系 #### 一、定义 1. **差分(Differential)** 差分是一种信号传输方式,通过两根线传输大小相等、极性相反的信号,最终以两者的差值作为有效信号。例如:$V_{out} = V_A - V_B$[^1]。 2. **差动放大电路(Differential Amplifier)** 一种电路结构,专门放大差分信号(差模信号),同时抑制共模信号(如噪声)。其核心是**对称设计**,利用两个对称的晶体管或运算放大器实现[^2]。 #### 二、原理 1. **差模信号放大** - 当输入差模信号($V_{A}=-V_{B}$)时,两个晶体管的电流变化相反,导致输出端电位变化相反,最终输出电压为单端变化的2倍,即: $$V_{out} = 2 \cdot \Delta V_C$$ 这种设计显著提高差模增益[^2]。 - 发射极电阻$R_E$对差模信号无反馈作用(等效为短路),因此不影响放大能力。 2. **共模信号抑制** - 共模信号($V_{A}=V_{B}$)会引起同方向的电流变化,此时$R_E$产生负反馈,降低共模增益。 - 共模抑制比(CMRR)是衡量电路抑制共模噪声能力的关键指标。 #### 三、区别与联系 | **特性** | **差分** | **差动放大电路** | |-----------------|-----------------------|-------------------------| | **本质** | 信号传输方式 | 具体电路实现 | | **核心目标** | 抑制共模噪声 | 放大差模信号并抑制共模噪声 | | **依赖条件** | 双线对称性 | 电路对称性与恒流源设计 | **联系**: - 差动放大电路是实现差分信号处理的核心技术。 - 差分传输方式为差动放大电路提供了输入信号的设计基础。 #### 四、应用实例 1. **RS485通信**:利用差分传输减少电磁干扰[^1]。 2. **电流采样电路**:通过差分放大测量采样电阻两端的微小压差(如引用[3]中的$R_7$压差放大)。 3. **传感器信号调理**:放大微弱差分信号(如电桥输出)。 #### 五、优化设计 1. **恒流源替代$R_E$**:进一步提高共模抑制比(如引用[2]中的静态分析)。 2. **对称布局**:减少因线路不对称导致的共模转差模噪声[^1]。
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