差分放大电路的四种接法

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一、差分法放大电路的四种接法

差分放大电路有四种基本接法，分类依据是输入方式（双端输入 / 单端输入）和输出方式（双端输出 / 单端输出）的组合。四种接法的核心结构相同（由两个对称三极管组成），但信号的引入和取出方式不同，导致性能指标（如增益、输入 / 输出电阻）存在差异。

二、双端输入、双端输出电路

典型差分放大电路就是双端输入、双端输出电路，详细分析过程可看《差分放大电路分析与仿真》。

差模电压增益
$$A_d=\frac{△u_{od}}{△u_{Id}}=-\frac{\beta (R_c//\frac{R_L}{2})}{R_b+r_{be}}$$

输入电阻
$$R_i=2(R_b+r_{be})$$

输出电阻
$$R_o=2R_c$$

共模放大倍数Ac
$$A_c=\frac{△u_{oc}}{△u_{Ic}}=0$$

理想对称情况下，共模抑制比
$$K_{CMR}=\frac{A_d}{A_c}=\infty$$

三、双端输入、单端输出电路

1.静态分析

单端输出回路不对称，根据戴维南定理
$$V_{CC}^{\prime }=\frac{R_L}{R_e+R_L}\ast V_{CC}，R_c^{\prime }=R_c//R_L$$
$$U_{CQ1}=V_{CC}^{\prime }-I_{CQ}{R}_C^{\prime }$$
$$U_{CQ2}=V_{CC}-I_{CQ}{R}_C$$

2.动态分析

输入差模信号时，输出电压
$$△u_{od}=-△i_c(R_e//R_L)$$
输入电压
$$△u_{Id}=2△i_B(R_b+r_{be})$$
差模放大倍数
$$A_d=\frac{△u_{Od}}{△u_{Id}}=-\frac{1}{2}\ast \frac{\beta (R_c//R_L)}{R_b+r_{be}}$$
输入电阻
$$R_i=2(R_b+r_{be})$$
输出电阻
$$R_o=R_c$$

输入差模信号极性不变，输出信号取自T2集电极，则输出与输入同相。

输入共模信号时，共模放大倍数Ac
$$A_c=\frac{△u_{oc}}{△u_{Ic}}=-\frac{\beta (R_c//R_L)}{R_b+r_{be}+2(1+\beta )R_e}$$
共模抑制比
$$K_{CMR}=|\frac{A_d}{A_c}|=\frac{R_b+r_{be}+2(1+\beta )R_e}{2(R_b+r_{be})}$$
Re越大，Ac越小，KCMR越大，电路性能越好。

三、单端输入、双端输出电路

单端输入、双端输出电路可等效成右边电路，左边输入差模信号+△uI/2，右边输入差模信号-△uI/2，共模信号两边输入都是△uI/2。
输出电压uo
$$△u_o=A_d△u_i+A_c\ast \frac{△u_I}{2}$$

若电路参数理想对称，则Ac=0，KCMR=∞。

单端输入、双端输出电路与双端输入、双端输出电路分析完全相同。
差模电压增益
$$A_d=\frac{△u_{od}}{△u_{Id}}=-\frac{\beta (R_c//\frac{R_L}{2})}{R_b+r_{be}}$$

输入电阻
$$R_i=2(R_b+r_{be})$$

输出电阻
$$R_o=2R_c$$

理想对称情况下，共模抑制比
$$K_{CMR}=\frac{A_d}{A_c}=\infty$$

四、单端输入、单端输出电路

单端输入、单端输出电路也可等效成，左边输入差模信号+△uI/2，右边输入差模信号-△uI/2，共模信号两边都是△uI/2。

输入差模信号时，输出电压
$$△u_{od}=-△i_c(R_e//R_L)$$
输入电压
$$△u_{Id}=2△i_B(R_b+r_{be})$$
差模放大倍数
$$A_d=\frac{△u_{Od}}{△u_{Id}}=-\frac{1}{2}\ast \frac{\beta (R_c//R_L)}{R_b+r_{be}}$$
输入电阻
$$R_i=2(R_b+r_{be})$$
输出电阻
$$R_o=R_c$$

输入共模信号时，共模放大倍数Ac
$$A_c=\frac{△u_{oc}}{△u_{Ic}/2}=-\frac{\beta (R_c//R_L)}{R_b+r_{be}+2(1+\beta )R_e}$$
共模抑制比
$$K_{CMR}=|\frac{A_d}{A_c}|=\frac{R_b+r_{be}+2(1+\beta )R_e}{2(R_b+r_{be})}$$
Re越大，Ac越小，KCMR越大，电路性能越好。

总结

单端输入时，输入差模信号的同时伴随着共模输入，若输入信号为△uI，则△uId=△uI，△uIc=+△uI/2。

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