差分放大器直流電路和交流電路識圖方法

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基極上沒有另加輸入信號，而是通過電容C1交流接地。因為電路中只有一個信號端，所以將這種差分放大器稱為單端輸入式電路。輸出信號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和電路識圖方法：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的集電極負載電阻，R3等于R5，所以兩管的集電極直流電壓相等，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反饋的考慮。

單端輸入式差分放大器輸入電路識圖方法

對單端輸入電路工作原理理解的關(guān)鍵是，差模輸入信號Ui加到VT1基極，為什么VT2也會有差模輸入信號呢?對這一問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為開路，同時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通狀態(tài)，這樣輸入信號電流的回路為Ui→R1→VT1基極→VT1發(fā)射極→VT2發(fā)射極→VT2基極→R7→電容C1→地線，輸入信號電流成回路。由此可見，輸入信號電流同時流過了VT1和VT2管。

在輸入信號電壓為正半周期間時，輸入信號給VT1加正向偏置，使VT1基極電流增大;對于VT2發(fā)射結(jié)而言，由于輸入信號電壓在發(fā)射極上增大(輸入信號Ui增大，使VT1發(fā)射極信號電壓也增大)，給VT2發(fā)射結(jié)加的是反向偏置電壓，這樣輸入信號電壓減小了VT2基極正向偏置電壓(但VT2仍然處于導通狀態(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通，由于兩三極管正向偏置電壓相等，所以兩三極管發(fā)射結(jié)導通后內(nèi)阻相等，兩管發(fā)射結(jié)內(nèi)阻串聯(lián)后接在輸入信號電壓Ui上，這樣兩三極管發(fā)射結(jié)上的輸入信號電壓相等，而且只有Ui的一半。所以，VT1和VT2每只三極管中只相當于有一半的輸入信號Ui。

重要提示

當輸入信號電壓為正半周時，VT1基極電流增大，導致VT2基極電流減小，可見這是輸入的差模信號。

在輸入信號電壓為負半周期間時，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Ui為負半周時，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。

由上述輸入電路識圖方法可知，當給差分放大器中的一只三極管基極輸入信號時，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，相當于給差分放大器輸入差模信號。

(2)第二種理解方法。當加到VT1基極的輸入信號增大時，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，這樣輸入信號加到了VT1和VT2上。

當輸入信號電壓減小時，VT1發(fā)射極電壓減小，VT2發(fā)射極電壓也減小，對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，對于共模信號而言，例如，當溫度變化時，引起兩只三極管的電流同時增大或同時減小，這是共模信號。

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

雙端輸出電路識圖要分成以下3種情況。

(1)靜態(tài)時的輸出電路識圖。靜態(tài)時，兩只三極管VT1和VT2基極沒有信號輸入， VT1和VT2基極電流相等(兩管直流電路對稱)，所以兩管集電極直流電壓相等(兩只三極管性能一致)，輸出信號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，所以兩管的集電極電壓之差為0 V，即靜態(tài)時輸出信號為0。

(2)輸入差模信號時的輸出電路識圖。由于差模信號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，即當一只三極管集電極電流在增大時，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，即當一只三極管集電極電壓在增大時，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Uo。輸入差模信號時，差分放大器輸出放大后的差模信號。

(3)輸入共模信號時的輸出電路識圖。由共模信號特性可知，這種信號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，即當一只三極管集電極電流在增大時，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，說明這一差分放大器不能放大共模信號。

差分放大器雙端輸出信號電流回路分析方法

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

差分放大器直流電路和交流電路識圖方法

圖3-22 輸出信號電流回路示意圖

分析輸出電路主要是分析輸出信號電流的流動過程和方向。

輸出信號電流在VT1和VT2集電極之間通過負載電阻RL流動，輸入信號相位不同時，流動的方向不同。

當VT1基極上的信號相位為負時，VT1管集電極上的信號相位為正，這時VT2基極上的信號相位為正，VT2集電極上的信號相位為負，所以輸出信號電流從VT1集電極通過負載電阻RL流向VT2集電極，如圖3-22中的實線所示。

當VT1管基極上的輸入信號為正時， VT1集電極上的信號相位為負，這時VT2基極上的信號為負，VT2集電極上的信號相位為正，所以輸出信號電流從VT2集電極通過負載RL流向VT1集電極，如圖3-22中的虛線所示。

當輸入信號變化到另一個周期時，輸出信號電流再次重復變化。