差分放大器直流電路和交流電路識(shí)圖方法

掌握了單端輸入、雙端輸出式差分放大器直流電路的分析方法就能比較方便地學(xué)好其他3種差分放大器的分析方法。

圖3-21所示是單端輸入、雙端輸出式差分放大器。電路中的輸入信號(hào)Ui從VT1基極與地線之間輸入，與一般放大器一樣。VT2基極上沒(méi)有另加輸入信號(hào)，而是通過(guò)電容C1交流接地。因?yàn)殡娐分兄挥幸粋€(gè)信號(hào)端，所以將這種差分放大器稱(chēng)為單端輸入式電路。輸出信號(hào)Uo從VT1和VT2集電極之間輸出，與一般放大器不同。

圖3-21 單端輸入、雙端輸出式差分放大器

差分放大器直流電路的特點(diǎn)和電路識(shí)圖方法：R2和R6分別為VT1和VT2提供基極直流偏置電流，R4是兩管共用的發(fā)射極電阻，R2等于R6，所以VT1和VT2的基極靜態(tài)電流相等;R3和R5分別是VT1和VT2的集電極負(fù)載電阻，R3等于R5，所以?xún)晒艿募姌O直流電壓相等，具體地講兩管的集電極、基極和發(fā)射極直流電壓相等。

重要提示

電路識(shí)圖結(jié)論是：差分放大器中的兩只三極管VT1和VT2工作在放大狀態(tài)，而且兩管直流電路工作狀態(tài)相同。

VT1和VT2均處于正向偏置狀態(tài)，它們的基極電流都從基極流入三極管，從發(fā)射極流出，通過(guò)R4流到地線。

兩管共用的發(fā)射極電阻R4的阻值比較大，這是出于獲得比較大的共模負(fù)反饋的考慮。

單端輸入式差分放大器輸入電路識(shí)圖方法

對(duì)單端輸入電路工作原理理解的關(guān)鍵是，差模輸入信號(hào)Ui加到VT1基極，為什么VT2也會(huì)有差模輸入信號(hào)呢?對(duì)這一問(wèn)題的理解有下列兩種方法。

(1)第一種理解方法。由于VT1和VT2共用的發(fā)射極電阻R4的阻值比較大，可以視R4為開(kāi)路，同時(shí)VT1和VT2管發(fā)射結(jié)(基極與發(fā)射極之間的PN結(jié))均處于正向偏置后的導(dǎo)通狀態(tài)，這樣輸入信號(hào)電流的回路為Ui→R1→VT1基極→VT1發(fā)射極→VT2發(fā)射極→VT2基極→R7→電容C1→地線，輸入信號(hào)電流成回路。由此可見(jiàn)，輸入信號(hào)電流同時(shí)流過(guò)了VT1和VT2管。

在輸入信號(hào)電壓為正半周期間時(shí)，輸入信號(hào)給VT1加正向偏置，使VT1基極電流增大;對(duì)于VT2發(fā)射結(jié)而言，由于輸入信號(hào)電壓在發(fā)射極上增大(輸入信號(hào)Ui增大，使VT1發(fā)射極信號(hào)電壓也增大)，給VT2發(fā)射結(jié)加的是反向偏置電壓，這樣輸入信號(hào)電壓減小了VT2基極正向偏置電壓(但VT2仍然處于導(dǎo)通狀態(tài))，所以使VT2基極電流減小。

VT1和VT2發(fā)射結(jié)在直流偏置電壓下已導(dǎo)通，由于兩三極管正向偏置電壓相等，所以?xún)扇龢O管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通后內(nèi)阻相等，兩管發(fā)射結(jié)內(nèi)阻串聯(lián)后接在輸入信號(hào)電壓Ui上，這樣兩三極管發(fā)射結(jié)上的輸入信號(hào)電壓相等，而且只有Ui的一半。所以，VT1和VT2每只三極管中只相當(dāng)于有一半的輸入信號(hào)Ui。

重要提示

當(dāng)輸入信號(hào)電壓為正半周時(shí)，VT1基極電流增大，導(dǎo)致VT2基極電流減小，可見(jiàn)這是輸入的差模信號(hào)。

在輸入信號(hào)電壓為負(fù)半周期間時(shí)，給VT1發(fā)射結(jié)加的是反向偏置電壓，使VT1基極電流減小;由于輸入信號(hào)使VT1發(fā)射極電壓減小，即VT2發(fā)射極電壓減小，給VT2發(fā)射結(jié)加的是正向偏置電壓，使VT2基極電流增大。這樣，在輸入信號(hào)Ui為負(fù)半周時(shí)，VT1基極電流減小，而使VT2基極電流增大，所以這也是輸入的差模信號(hào)。

由上述輸入電路識(shí)圖方法可知，當(dāng)給差分放大器中的一只三極管基極輸入信號(hào)時(shí)，能夠引起兩只三極管的基極電流變化，并且引起兩只三極管基極電流反向變化，相當(dāng)于給差分放大器輸入差模信號(hào)。

(2)第二種理解方法。當(dāng)加到VT1基極的輸入信號(hào)增大時(shí)，VT1基極電流增大。由于發(fā)射極電壓跟隨基極電壓，所以VT1發(fā)射極電壓也增大，使VT2發(fā)射結(jié)的正向偏置電壓減小，引起VT2基極電流減小，這樣輸入信號(hào)加到了VT1和VT2上。

當(dāng)輸入信號(hào)電壓減小時(shí)，VT1發(fā)射極電壓減小，VT2發(fā)射極電壓也減小，對(duì)VT2發(fā)射結(jié)而言是正向偏置電壓，所以VT2基極電流增大。

重要提示

在單端輸入式電路中，對(duì)于共模信號(hào)而言，例如，當(dāng)溫度變化時(shí)，引起兩只三極管的電流同時(shí)增大或同時(shí)減小，這是共模信號(hào)。

雙端輸出電路識(shí)圖方法：電路中的輸出信號(hào)Uo取自VT1和VT2集電極之間，這種輸出方式稱(chēng)為雙端輸出式電路。常見(jiàn)放大器采用單端輸出方式，它的輸出端是三極管集電極，輸出信號(hào)取自三極管集電極與地線之間。

雙端輸出電路識(shí)圖要分成以下3種情況。

(1)靜態(tài)時(shí)的輸出電路識(shí)圖。靜態(tài)時(shí)，兩只三極管VT1和VT2基極沒(méi)有信號(hào)輸入， VT1和VT2基極電流相等(兩管直流電路對(duì)稱(chēng))，所以?xún)晒芗姌O直流電壓相等(兩只三極管性能一致)，輸出信號(hào)電壓等于兩管集電極電壓之差，由于VT1和VT2管的集電極電壓相等，所以?xún)晒艿募姌O電壓之差為0 V，即靜態(tài)時(shí)輸出信號(hào)為0。

(2)輸入差模信號(hào)時(shí)的輸出電路識(shí)圖。由于差模信號(hào)引起兩管的基極電流反方向變化，兩管集電極電流變化相位也相反，即當(dāng)一只三極管集電極電流在增大時(shí)，另一只三極管集電極電流在減小。所以，VT1和VT2集電極電壓相位相反，即當(dāng)一只三極管集電極電壓在增大時(shí)，另一只三極管集電極電壓在減小。VT1和VT2的集電極電壓之差為放大器的輸出信號(hào)Uo。輸入差模信號(hào)時(shí)，差分放大器輸出放大后的差模信號(hào)。

(3)輸入共模信號(hào)時(shí)的輸出電路識(shí)圖。由共模信號(hào)特性可知，這種信號(hào)引起兩管基極電流的變化是同相的，這樣VT1和VT2集電極電流的變化相位也同相，即當(dāng)一只三極管集電極電流在增大時(shí)，另一只三極管集電極電流也在增大，并且增大的量相等，這樣VT1和VT2的集電極電壓相等，兩管集電極電壓之差等于0 V，即Uo=0 V，說(shuō)明這一差分放大器不能放大共模信號(hào)。

差分放大器雙端輸出信號(hào)電流回路分析方法

圖3-22是輸出信號(hào)電流回路示意圖，電路中的RL是接在輸出端的放大器負(fù)載電阻。

差分放大器直流電路和交流電路識(shí)圖方法

圖3-22 輸出信號(hào)電流回路示意圖

分析輸出電路主要是分析輸出信號(hào)電流的流動(dòng)過(guò)程和方向。

輸出信號(hào)電流在VT1和VT2集電極之間通過(guò)負(fù)載電阻RL流動(dòng)，輸入信號(hào)相位不同時(shí)，流動(dòng)的方向不同。

當(dāng)VT1基極上的信號(hào)相位為負(fù)時(shí)，VT1管集電極上的信號(hào)相位為正，這時(shí)VT2基極上的信號(hào)相位為正，VT2集電極上的信號(hào)相位為負(fù)，所以輸出信號(hào)電流從VT1集電極通過(guò)負(fù)載電阻RL流向VT2集電極，如圖3-22中的實(shí)線所示。

當(dāng)VT1管基極上的輸入信號(hào)為正時(shí)， VT1集電極上的信號(hào)相位為負(fù)，這時(shí)VT2基極上的信號(hào)為負(fù)，VT2集電極上的信號(hào)相位為正，所以輸出信號(hào)電流從VT2集電極通過(guò)負(fù)載RL流向VT1集電極，如圖3-22中的虛線所示。

當(dāng)輸入信號(hào)變化到另一個(gè)周期時(shí)，輸出信號(hào)電流再次重復(fù)變化。