差分放大器電路分析的幾個問題

差分放大器電路分析的幾個問題

一、差分矩陣教育法1.基本放電控制器電流在分析差分矩陣時，我們必須了解該電路的結(jié)構(gòu)與一般輸出有很大不同。它主要包括以下幾個方面：（1）使用兩種同型號三相制差矩陣形成一級差分矩陣，并且兩種政權(quán)的靜態(tài)工作電流（根據(jù)地電流、集電極電流和發(fā)射極電流）具有相同的特性。(2)這種放大器共有兩個輸出端和兩個輸入端,在實用電路中可以只用其中的一個,也可以兩個同時使用,這一點與一般的放大器完全不同。(3)差分放大器中會出現(xiàn)差模信號和共模信號。對差模信號具有放大能力,對共模信號的放大能力很低,要求對差模信號的放大倍數(shù)愈大愈好,對共模信號的放大倍數(shù)愈小愈好。(4)差分放大器可以構(gòu)成多級放大器,可以用來放大直流信號,也可以用來放大交流信號,還可以用來構(gòu)成各種用途的放大器,是一種用途廣泛的放大器。2.出式兩種電路差分放大器按照輸出信號取出方式劃分有雙端輸出式和單端輸出式兩種電路,按照信號輸入方式劃分有雙端輸入式和單端輸入式兩種電路,根據(jù)輸入、輸出電路不同的組合可以分成四種基本的差分放大器,表1所示是四種基本的差分放大器說明。3.信號輸出電路差分放大器也是一種放大器,所以電路分析方法與一般放大器基本一樣,電路分析的主要內(nèi)容是直流電路分析、交流電路分析、元器件作用分析和電路故障分析。由于這種放大器在電路上的一些特殊性,具體電路分析過程中也有不同之處,主要說明以下幾點:(1)差分放大器電路分析的主要難點是,單端輸入式電路中輸入信號對兩只三極管的作用過程。這里主要記住,當(dāng)三極管在基極直流偏置電流的作用下,三極管已處于導(dǎo)通狀態(tài),如圖1所示。(2)對于雙端輸出式電路,由于輸出信號從兩只三極管的集電極之間輸出,不同于一般放大器從三極管集電極與地端之間輸出,或從發(fā)射極與地端之間輸出。(3)對于雙端輸入式電路,輸入信號從兩只三極管基極之間輸入,而不是一般放大器中從基極與地端之間輸入,所以輸入信號電流的回路不同。(4)分析差分放大器時,要分成差模信號和共模信號兩種輸入信號情況,主要是發(fā)射極負反饋電阻的負反饋過程分析中要注意這兩種不同信號情況。4.差模信號加到利益導(dǎo)分析差分放大器電路工作原理時,首先要了解差模信號和共模信號概念。差模信號是兩個信號大小相等、相位相反的信號,分別加到兩只三極管基極。如圖2所示,這樣差模信號輸入到差分放大器后,將引起兩只差分放大管基極電流的相反方向變化,即一只三極管的基極電流在增大時,另一只在減小。兩只三極管等量增大或減小的原因是差分放大器中的兩只三極管特性相同、靜態(tài)電流相等。差分放大器中,差模信號是放大器所要放大的信號。5.共模信號產(chǎn)生的原因共模信號也是加到兩只差分放大管基極的信號,但是這兩個信號大小相等、相位相同。如3所示,所以將引起兩只放大管基極電流的相同方向變化,即一只三極管基極電流在增大時,另一只三極管基極電流也在等量增大。共模信號是沒用的信號,是差分放大器所要抑制的信號。共模信號不是信號源加給差分放大器的,由下列一些原因產(chǎn)生:(1)放大器直流工作電壓波動引起的共模信號。當(dāng)直流工作電壓+V大小波動時,對三極管的靜態(tài)偏置電流大小有影響,直流工作電壓波動引起的兩只三極管電流變化相同,相當(dāng)于給兩只放大管基極輸入了大小相等、方向相同的共模信號。(2)溫度對三極管影響引起的共模信號。當(dāng)三極管工作溫度變化時,會引起三極管基極電流的相應(yīng)變化。由于兩只差分放大管處于同一個工作環(huán)境中,而且兩只三極管的性能一致,所以溫度對兩管所產(chǎn)生的影響相同,即相當(dāng)于給兩只三極管輸入一個大小、相位相同的共模信號。二、差分放大器電路分析掌握了單端輸入、雙端輸出式差分放大器電路分析方法就能比較方便地學(xué)好其他三種差分放大器工作原理。如圖4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管基極與地線之間輸入,與一般放大器一樣。VT2管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管和VT2管集電極之間輸出,與一般放大器不同。1.大共模負反饋的原因差分放大器直流電路的特點和電路分析方法是:R2和R6分別為VT1和VT2管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管基極靜態(tài)電流相等;R3和R5分別是VT1和VT2管集電極負載電阻,R3等于R5,所以兩管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。電路分析結(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管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阻值比較大,這是出于獲得比較大共模負反饋的原因。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管基極,為什么VT2管也會有差模輸入信號。由于VT1和VT2管共用的發(fā)射極電阻R4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(dǎo)通狀態(tài),這樣輸入信號電流的回路為Ui→R1→VT1管基極→VT1管發(fā)射極→VT2管發(fā)射極→VT2管基極→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,輸入信號給VT1管加正向偏置,加大了VT1管基極電流,使VT1管基極電流增大;對于VT2管發(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管發(fā)射極信號電壓增大),給VT2管發(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管基極正向偏置電壓(但VT2仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)),所以使VT2管基極電流減小。VT1和VT2兩管發(fā)射結(jié)在直流偏置電壓下已導(dǎo)通,由于兩管正向偏置電壓相等,所以兩管發(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)后接在輸入信號電壓Ui上,這樣兩管發(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(dāng)于有一半的輸入信號Ui。由此可見,當(dāng)輸入信號電壓為正半周期間,引起VT1管基極電流增大,導(dǎo)致VT2管基極電流減小,可見這是輸入的差模信號。在輸入信號電壓為負半周期間,給VT1管發(fā)射結(jié)加的是反向偏置電壓,使VT1管基極電流減小;由于輸入信號使VT1管發(fā)射極電壓減小,即VT2管發(fā)射極電壓減小,給VT2管發(fā)射結(jié)加的是正向偏置電壓,使VT2管基極電流增大。這樣,在輸入信號Ui為負半周期間,使VT1管基極電流減小,而使VT2管基極電流增大,所以這也是輸入的差模信號。由上述輸入電路分析可知,當(dāng)給差分放大器中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(dāng)于給差分放大器輸入差模信號。2.兩管基極電流之垂直電壓關(guān)系雙端輸出電路分析方法是:電路中的輸出信號UO取自VT1和VT2管集電極之間,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,輸出信號取自于三極管集電極與地線之間。雙端輸出電路分析要分成三種情況。(1)第一是靜態(tài)時輸出電路分析。靜態(tài)時,兩只三極管VT1和VT2基極沒有信號輸入,VT1和VT2管基極電流相等(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管集電極電壓相等,所以兩管的集電極電壓之差為0V,即靜態(tài)時輸出信號為零。(2)第二是輸入差模信號時輸出電路分析。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反相,即當(dāng)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管集電極電壓相位反相,即當(dāng)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管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)第三是輸入共模信號時輸出電路分析。由共模信號特性可知,這種信號引起兩管基極電流變化是同相的,這樣VT1和VT2管集電極電流變化相位也同相,即當(dāng)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管集電極電壓相等,兩管集電極電壓之差等于零,即UO=0V,說明這一差分放大器不能放大共模信號。3.電阻rl流動如圖5所示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。分析輸出電路主要是分析輸出信號電流流動過程和方向。輸出信號電流在VT1和VT2管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(dāng)VT1管基極上信號相位為負時,VT1管集電極上的信號相位為正,這時VT2管基極上信號相位為正,VT2管集電極上的信號相位為負,所以輸出信號電流從VT1管集電極通過負載電阻RL流向VT2管集電極,見電路中實線所示。當(dāng)VT1管基極上輸入信號為正時,VT1管集電極上信號相位為負,這時VT2管基極上信號為負,VT2管集電極上信號相位為正,所以輸出信號電流從VT2管集電極通過負載RL流向VT1管集電極,見電路中虛線所示。當(dāng)輸入信號變化到另一周期時,輸出信號電流再次重復(fù)變化。4.發(fā)射極電阻對差模信號的負反饋作用分析差分放大器中三極管發(fā)射極電阻對信號的負反饋原理方法與一般放大器不同,它的負反饋過程分析比較特殊,通過負反饋電路分析了解一點:它只對共模信號產(chǎn)生強烈的負反饋作用,對差模信號沒有負反饋作用。對于電路中VT1和VT2兩管共用發(fā)射極電阻R4的負反饋分析,分成下列兩種不同輸入信號情況:(1)第一種是輸入差模信號的負反饋分析。輸入差模信號時,使一只三極管基極信號電流在增大,另一只三極管基極信號電流在減小,這樣一只三極管發(fā)射極電流在增大,另一只三極管發(fā)射極電流在減小,而且發(fā)射極電流的增大量和減小量相等。從電路中可以看出,VT1和VT2管發(fā)射極電流之和等于流過發(fā)射極電阻R4的電流。由于VT1管發(fā)射極電流的增大量等于VT2管發(fā)射極電流的減小量,相當(dāng)于流過R4的差模信號電流為零(流過R4的電流只是直流電流),這樣在R4上不存在差模信號電流產(chǎn)生的電壓降,也就沒有負反饋。所以,在差分放大器中,無論兩管共用的發(fā)射極電阻有多大,它對差模信號不存在負反饋作用,這是差分放大器的一個重要特點,負反饋電阻的大小不影響差分放大器對差模信號的放大倍數(shù)。分析發(fā)射極負反饋電阻是否