典型差分放大電路的靜態(tài)和動態(tài)計算方法與基本放大電路基本相同。為了使差分放大電路在靜態(tài)時,其輸入端基本上是零電位,將Re從接地改為接負電源-VEE,如圖1所示。由于接入負電源,所以偏置電阻Rb可以取消,改為-VEE和Re提供基極偏置電流。
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圖1 典型差分放大電路 |
1.靜態(tài)分析
基極電流為
(1)
由IB的計算式可知,Re對一半差分電路而言,
只有2Re 才能獲得相同的電壓降。
2.差分放大電路的動態(tài)分析
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圖2 雙端輸入雙端輸出 |
(1)差模輸入
差分放大電路的差模工作狀態(tài)分為四種:
雙端輸入、雙端輸出(雙-雙),
雙端輸入、單端輸出(雙-單),
單端輸入、雙端輸出(單-雙),
單端輸入、單端輸出(單-單)。
① 差模電壓放大倍數(shù)Avd
雙端輸入差分放大電路如圖2所示。負載電阻接在兩集電極之間,vi接在兩輸入端之間,也可看成vi/2各接在兩輸入端與地之間。
雙端輸入、雙端輸出差模電壓放大倍數(shù):
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圖3 雙端輸入單端輸出 |
這種方式適用于對稱輸入和對稱輸出,輸入、輸出均不接地的情況。
雙端輸入、單端輸出差模電壓放大倍數(shù):(如圖3所示)
(3)
雙端輸入單端輸出因只利用了一個集電極輸出的變化量,所以它的差模電壓放大倍數(shù)是雙端輸出的二分之一。這種方式適用于將差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出信號。
單端輸入、雙端輸出差模電壓放大倍數(shù):
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圖4 單端輸入轉(zhuǎn)換為雙端輸入 |
單端輸入信號可以轉(zhuǎn)換為雙端輸入,其轉(zhuǎn)換過程見圖4。右側(cè)的Rs+rbe歸算到發(fā)射極回路的值為(Rs+rbe)/(1+β)<<Re,故Re對Ie分流極小,可忽略,于是有
(4)
這種方式用于將單端信號轉(zhuǎn)換成雙端差分信號,可用于輸出負載不接地的情況。
單端輸入、單端輸出電壓放大倍數(shù):
(5)
通過從T1或T2的集電極輸出,可以得到輸出與輸入之間或反相或同相的關(guān)系。從T1的基極輸入信號,從C1輸出,為反相;從C2輸出為同相。
② 差模輸入電阻
不論是單端輸入還是雙端輸入,差模輸入電阻rid是基本放大電路的兩倍。
rid = 2(Rs + rbe) (6)
③ 輸出電阻
輸出電阻在單端輸出時,ro = RC (7)
雙端輸出時,ro = 2RC (8)
(2)共模輸入
例如,溫漂信號屬共模信號,它對差分放大電路中Ic1和Ic2的影響相同。
① 共模放大倍數(shù)Avc
共模信號對放大電路來說也是變化量,不能視為直流量。計算共模放大倍數(shù)Avc時,圖1中Re用2Re 等效。共模放大倍數(shù)Avc的大小,取決于差分電路的對稱性,雙端輸出時可以認為等于零。單端輸出時為
(9)
②共模抑制比
共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標。
(10) 或
(11)
雙端輸出時KCMR可認為等于無窮大,單端輸出時共模抑制比。