差分放大器直流电路和交流电路识图方法

差分放大器直流电路识图方法

重要提示

掌握了单端输入、双端输出式差分放大器直流电路的分析方法就能比较方便地学好其他3种差分放大器的分析方法。

图3-21所示是单端输入、双端输出式差分放大器。电路中的输入信号Ui从VT1基极与地线之间输入，与一般放大器一样。VT2基极上没有另加输入信号，而是通过电容C1交流接地。因为电路中只有一个信号端，所以将这种差分放大器称为单端输入式电路。输出信号Uo从VT1和VT2集电极之间输出，与一般放大器不同。

图3-21 单端输入、双端输出式差分放大器

差分放大器直流电路的特点和电路识图方法：R2和R6分别为VT1和VT2提供基极直流偏置电流，R4是两管共用的发射极电阻，R2等于R6，所以VT1和VT2的基极静态电流相等;R3和R5分别是VT1和VT2的集电极负载电阻，R3等于R5，所以两管的集电极直流电压相等，具体地讲两管的集电极、基极和发射极直流电压相等。

重要提示

电路识图结论是：差分放大器中的两只三极管VT1和VT2工作在放大状态，而且两管直流电路工作状态相同。

VT1和VT2均处于正向偏置状态，它们的基极电流都从基极流入三极管，从发射极流出，通过R4流到地线。

两管共用的发射极电阻R4的阻值比较大，这是出于获得比较大的共模负反馈的考虑。

单端输入式差分放大器输入电路识图方法

对单端输入电路工作原理理解的关键是，差模输入信号Ui加到VT1基极，为什么VT2也会有差模输入信号呢?对这一问题的理解有下列两种方法。

(1)第一种理解方法。由于VT1和VT2共用的发射极电阻R4的阻值比较大，可以视R4为开路，同时VT1和VT2管发射结(基极与发射极之间的PN结)均处于正向偏置后的导通状态，这样输入信号电流的回路为Ui→R1→VT1基极→VT1发射极→VT2发射极→VT2基极→R7→电容C1→地线，输入信号电流成回路。由此可见，输入信号电流同时流过了VT1和VT2管。

在输入信号电压为正半周期间时，输入信号给VT1加正向偏置，使VT1基极电流增大;对于VT2发射结而言，由于输入信号电压在发射极上增大(输入信号Ui增大，使VT1发射极信号电压也增大)，给VT2发射结加的是反向偏置电压，这样输入信号电压减小了VT2基极正向偏置电压(但VT2仍然处于导通状态)，所以使VT2基极电流减小。

VT1和VT2发射结在直流偏置电压下已导通，由于两三极管正向偏置电压相等，所以两三极管发射结导通后内阻相等，两管发射结内阻串联后接在输入信号电压Ui上，这样两三极管发射结上的输入信号电压相等，而且只有Ui的一半。所以，VT1和VT2每只三极管中只相当于有一半的输入信号Ui。

重要提示

当输入信号电压为正半周时，VT1基极电流增大，导致VT2基极电流减小，可见这是输入的差模信号。

在输入信号电压为负半周期间时，给VT1发射结加的是反向偏置电压，使VT1基极电流减小;由于输入信号使VT1发射极电压减小，即VT2发射极电压减小，给VT2发射结加的是正向偏置电压，使VT2基极电流增大。这样，在输入信号Ui为负半周时，VT1基极电流减小，而使VT2基极电流增大，所以这也是输入的差模信号。

由上述输入电路识图方法可知，当给差分放大器中的一只三极管基极输入信号时，能够引起两只三极管的基极电流变化，并且引起两只三极管基极电流反向变化，相当于给差分放大器输入差模信号。

(2)第二种理解方法。当加到VT1基极的输入信号增大时，VT1基极电流增大。由于发射极电压跟随基极电压，所以VT1发射极电压也增大，使VT2发射结的正向偏置电压减小，引起VT2基极电流减小，这样输入信号加到了VT1和VT2上。

当输入信号电压减小时，VT1发射极电压减小，VT2发射极电压也减小，对VT2发射结而言是正向偏置电压，所以VT2基极电流增大。

重要提示

在单端输入式电路中，对于共模信号而言，例如，当温度变化时，引起两只三极管的电流同时增大或同时减小，这是共模信号。

差分放大器双端输出电路识图方法

双端输出电路识图方法：电路中的输出信号Uo取自VT1和VT2集电极之间，这种输出方式称为双端输出式电路。常见放大器采用单端输出方式，它的输出端是三极管集电极，输出信号取自三极管集电极与地线之间。

双端输出电路识图要分成以下3种情况。

(1)静态时的输出电路识图。静态时，两只三极管VT1和VT2基极没有信号输入， VT1和VT2基极电流相等(两管直流电路对称)，所以两管集电极直流电压相等(两只三极管性能一致)，输出信号电压等于两管集电极电压之差，由于VT1和VT2管的集电极电压相等，所以两管的集电极电压之差为0 V，即静态时输出信号为0。

(2)输入差模信号时的输出电路识图。由于差模信号引起两管的基极电流反方向变化，两管集电极电流变化相位也相反，即当一只三极管集电极电流在增大时，另一只三极管集电极电流在减小。所以，VT1和VT2集电极电压相位相反，即当一只三极管集电极电压在增大时，另一只三极管集电极电压在减小。VT1和VT2的集电极电压之差为放大器的输出信号Uo。输入差模信号时，差分放大器输出放大后的差模信号。

(3)输入共模信号时的输出电路识图。由共模信号特性可知，这种信号引起两管基极电流的变化是同相的，这样VT1和VT2集电极电流的变化相位也同相，即当一只三极管集电极电流在增大时，另一只三极管集电极电流也在增大，并且增大的量相等，这样VT1和VT2的集电极电压相等，两管集电极电压之差等于0 V，即Uo=0 V，说明这一差分放大器不能放大共模信号。

差分放大器双端输出信号电流回路分析方法

图3-22是输出信号电流回路示意图，电路中的RL是接在输出端的放大器负载电阻。

图3-22 输出信号电流回路示意图

分析输出电路主要是分析输出信号电流的流动过程和方向。

输出信号电流在VT1和VT2集电极之间通过负载电阻RL流动，输入信号相位不同时，流动的方向不同。

当VT1基极上的信号相位为负时，VT1管集电极上的信号相位为正，这时VT2基极上的信号相位为正，VT2集电极上的信号相位为负，所以输出信号电流从VT1集电极通过负载电阻RL流向VT2集电极，如图3-22中的实线所示。

当VT1管基极上的输入信号为正时， VT1集电极上的信号相位为负，这时VT2基极上的信号为负，VT2集电极上的信号相位为正，所以输出信号电流从VT2集电极通过负载RL流向VT1集电极，如图3-22中的虚线所示。

当输入信号变化到另一个周期时，输出信号电流再次重复变化。