模电基础：差分放大电路
目录
一、零点漂移问题
二、差分放大电路
（1）原理性差分放大电路的工作原理
（2）结构上的优化：长尾式放大电路
（3）长尾式放大电路的分析
1.静态分析
2.抑制共模信号
3.放大差模信号
（4）差分放大电路的4种接法
1.双端输入、单端输出
3.单端输入、双端输出
4.单端输入、单端输出
三、改进型差分放大电路
（1）用电流源替代Re，提高共模抑制比
（2）增加调零电阻（滑动变阻器），减小误差
（3）使用场效应管提高输入电阻Ri
在了解了集成运放后，我们明白其为了低延迟、和工艺不允许大电容出现的原因，往往采用直接耦合的连接方式。但是直接耦合会产生误差叠加的问题，比如前一级电路受到某些干扰，与输入信号的波形不一致，在往后面逐级传导增益的过程中会越来越不像原本的波形，从而产生较大干扰。
之前我们已经有了静态工作点较为稳定的电路，他采用了负反馈电阻Re来维持较小温度波动情况下的输出回路静态工作点。但是往往在工业应用中，温度波动是较为剧烈的，比如可能从-20°变化到+80°。这种情况下负反馈电阻Re的负反馈作用有限，无法完全抵消剧烈温度波动对三极管曲线的影响。于是人们发明了差分放大电路，用两组相同的电路，完全抵消温度的影响。
一、零点漂移问题
零点漂移是指在多级直接耦合放大电路中，当输入信号为零（或固定不变）时，输出端却出现了缓慢、无规则变化的电压或电流的现象 ，而温度是引起零点漂移最主要的因素。
由于集成电路是直接耦合方式，所以他对于波动极其缓慢的直流信号也能有放大作用。当外界温度升高，UBE-iB曲线首先发生左移，即UBE微弱减小而iB显著增大，β同时也会显著增大，这二者导致了iC显著增大。而这个iC经过Rc转换成电压后被认为是上一级输出的信号，被后一级不断放大。此时就发现问题了，明明我的输入回路没有信号源，可是由于温度导致输出了波动缓慢的信号。产生了0输入，非0输出的问题。
其本质原因是由于iC增大后，输出回路的静态工作点发生了变化，即UCEQ变化，这天然就导致了输出回路的电压发生改变，假设我们默认的静态工作点输出电压是5V，现在变成了3.4V，这中间的1.6V就是漂移。这个变化就被后一级放大产生了错误的结果。
即零点漂移问题的核心原因就是静态工作点变化。而后续的电路虽然没有在本质上解决单个三极管的温度波动导致的曲线波动问题，但是利用对称性抵消了共模信号的影响，而使得差模信号能正常被放大。这里由于温度是共模信号，所以被抵消了。
二、差分放大电路
（1）原理性差分放大电路的工作原理
不过在这个内部的静态工作点仍然是发生了偏移的，只不过我们让两个都偏移，然后在对称点取电位就能消除影响。达到输入为0，输出也为0的结果。
既然零点漂移问题考虑的是如何消除输入0，输出非0的情况。有人就想到用一组对称的共射放大电路，来代替原先的变化电压源。
但是呢，由于三极管不可避免的会有一点误差，即左右两边不可能完美对称，仍然会有细微的差异。所以我们在两边都加入负反馈电阻Re，来减小波动，进一步保证了Uo基本为0。
有人会问了，为什么不需要分压电阻来保证静态工作点的稳定呢？为什么不用考虑输出回路静态工作点变化后带来的失真问题呢？
这是因为在差分电路中，我们本身就抑制了共模信号，虽然每一个三级管内部的特性曲线发生了改变，放大倍数β也会变化，但是不论他是多少，共模信号都不会被放大后传入下一级。而差模信号放大β1倍也好，还是β2倍也好都没什么影响，本质上都提取出了需要的信号。
而在原先的分压式电路中，本身需要抑制静态工作点的变化才能有效保证输出电压受到的影响最小。而在这里根本不需要保证静态工作点稳定，再怎么变化对于差模信号而言仅仅是放大倍数受到影响，并不会有错误的干扰信号。
但如果考虑失真问题的话，给他加上分压电阻会更好，他能稳定静态工作点，也是实际设计中共常见的做法。
（2）结构上的优化：长尾式放大电路
由于需要遵循电路设计原则，来简化不必要的电源。
但是在实用中，我们通常不会直接用VBB和Rb来设置发射结正偏。因为一旦需要修改静态工作点，则需要改变VBB、Rb的值，过程较为麻烦。而是将其转换为下面的电路，先将U11、U12接地，那么发射结电压
，又
，所以只需要调节Re的阻值即可，只用修改一个，较为简便。
同时由于元件不可能完美对称，上一种方法中需要同时修改两边的阻值才能做到，而这里修改一个共用的即可。
（3）长尾式放大电路的分析
1.静态分析
2.抑制共模信号
可以看到这里的Re仍然是起到了负反馈作用，一定程度上缓解了静态工作点不稳定的问题。如果加上分压电阻会更加稳定。但是无论怎么样，这都不是重点，差分放大电路的关键在于忽略共模信号，抓取差模信号。
3.放大差模信号
（4）差分放大电路的4种接法
这里我们以单、双端输入；单、双端输出排列组合可以得到4种接法。由于我们上面已经讨论过了双端输入、双端输出，这里不再赘述。
当你看完后会明白一个关键点：输入接法对于整体无影响，真正决定放大倍数和其他参数的是输出接法。
1.双端输入、单端输出
3.单端输入、双端输出
4.单端输入、单端输出
类比上面我们可以明白，单端输入可以转换成双端输入。于是套用1中的结果可得：
三、改进型差分放大电路
对于上述的差分放大电路而言，仍有几个点可以优化：输入电阻Ri较小，但作为输入端要求输入电阻越大越好。负反馈电阻Re要越大才能对单端输出的共模达到较好的抑制作用，但是iE是由三极管的输出曲线决定的，这使得-VEE需要极大才能满足条件。还有就是电路不可能设计的完美对称，总会有一点误差，如何解决。
（1）用电流源替代Re，提高共模抑制比
我们说电流源的内阻可以看做无穷大，所以在单端输出的时候，分母无穷大，共模放大倍数可以视为0。同时由于他的电阻是无穷大的，所以在差模信号中，可以认为几乎没有电流，所以对差模信号也并无负反馈作用，与Re无异，仍然可以看做虚地点。
只需要设置合适的电流iE大小，当电流源提供的总电流iE确定后，由于晶体管的电流分配关系相对固定，只要晶体管工作在放大区，就会自动形成合适的iB和iC ，进而保证发射结处于正偏状态，不需要我们考虑。
（2）增加调零电阻（滑动变阻器），减小误差
在原本直连的中间部分，增加了一个滑动变阻器，可以随时方便的调节误差。
（3）使用场效应管提高输入电阻Ri
由于绝缘栅型场效应管本身在栅极、漏、源之间采用的是绝缘材料，所以天然电阻极大。