李然 岳永哲

摘要：差分放大電路是模擬電路學(xué)習(xí)中常用到的放大電路，其抑制零點飄移的良好電氣特性，使它經(jīng)常被用作多級放大電路的輸入級。本文通過對差分電路的靜態(tài)及動態(tài)分析及仿真，讓學(xué)生能夠?qū)Σ罘址糯箅娐酚猩钊氲牧私狻?/p>

關(guān)鍵詞：零點漂移；差分放大；仿真分析

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）09-0246-01

1 引言

當(dāng)今世界之所以能稱之為智能化的時代，是由于各種智能化的設(shè)備得到了普及，而這些智能化設(shè)備之所以能夠智能化，離不開功能各異的各種傳感器，而這些傳感器所采集到的電信號一般都很微弱，同時這些微弱的電信號往往不是周期性的，所以對這些信號進行放大處理時，需要采用直接耦合放大電路進行放大，所謂直接耦合即輸入信號引入放大電路及放大電路與其負(fù)載的連接都是靠導(dǎo)線直接連接，因此直接耦合連接方式有很好的低頻特性同時又很容易做成集成電路。直接耦合放大電路雖然有以上幾大優(yōu)勢，但普通的直接耦合放大電路存在零點漂移現(xiàn)象，所謂“零點漂移”，就是當(dāng)輸入信號為零時面輸入信號不為零。差分放大電路是一種直接耦合放大電路，差分電路本身具有良好的電氣對稱性，使其對模性號有很強的抑制作用，所以能有效地抑制零點漂移現(xiàn)象的發(fā)生。

2 差分放大電路抑制溫漂的原理分析

零點漂移現(xiàn)象的產(chǎn)生，其原因有很多，但最為主要的原因還是晶體管受到外部溫度變化所引起的靜態(tài)工作點的波動，所以零點漂移也常被稱為溫度漂移，簡稱溫漂。那差分放大電路是如何做到抑制溫漂的呢？

圖1所示電路為長尾差分放大電路，當(dāng)兩端的輸入信號電壓uI1=uI2=0時，也就是電路處于完全的直流分量控制靜態(tài)狀態(tài)，因為T1與T2管的電氣特性完全相同，其外接電阻參數(shù)也都相同，那么就有集電極對地電位UCQ1=UCQ2的結(jié)果，所以靜態(tài)時的輸出電壓UO=0。如果外界溫度升高了，ICQ1和ICQ2也會同時增大，而且其增大幅度完全相同，從而導(dǎo)致兩個集電極電阻上的壓降出現(xiàn)等值幅度的增大，進而使UCQ1和UCQ2同時等值幅度變小，所以輸出UO=UCQ1–UCQ2=0保持不變。如果外界溫度降低了，將會引起上述變化的一個反過程，最后得到的結(jié)果還是輸入電壓保持不變。經(jīng)過上述分析，我們發(fā)現(xiàn)差分電路巧妙地利用電路的對稱性消除了放大電路在輸出端的零點漂移。

3 差分放大電路的靜態(tài)仿真分析

圖2所示電路為差分電路的靜態(tài)仿真電路。從圖中的仿真結(jié)果我們可以看出，差分電路的基極到地電位很低，只有幾mV，所以在近似估算時往往忽略掉基極電阻上的壓降。

于是有：

圖2所示電路的輸出端并沒有接入負(fù)載電阻RL，那如果在圖中加入負(fù)載電阻，其靜態(tài)工作點會否產(chǎn)生變化？從傳真結(jié)果中我們可以看到UC1=UC2，所以即便接上負(fù)載電阻，那負(fù)載上也不會有電流流過，因此接入負(fù)載與否對圖示電路的靜態(tài)工作點無任何影響。

4 差分放大電路的動態(tài)分析與仿真

差分放大電路的交流輸入信號有兩種，一種稱之為“差模信號”，另一種稱之為“共模信號”。共模信號是指兩個輸入端所加入的信號無論大小還是極性都相同。在共模信號作用下， 由于差分電路參數(shù)的對稱性，兩個晶體管的集電極電流的變化幅度及變化方向均相同，導(dǎo)致集電極電位的變化量和變化方向也都相同，因此差分電路的輸出電壓的變化量ΔuO=ΔuC1–ΔuC2=0。經(jīng)過以上的推理分析，我們可以得出這樣的結(jié)論：差分放大電路對共模信號有很強的抑制作用。

差模信號是指兩個輸入端所加的信號只是在大小上相等但極性卻是相反的。在差模信號的作用下，由于差分電路參數(shù)的對稱性，兩個晶體管的集電極電流的變化幅度相等，但它們的變化方向相反，導(dǎo)致集電極電位的變化量相等而變化方向也相反的變化，即ΔuC1= –ΔuC2，因此差分電路的輸出電壓的變化量ΔuO=ΔuC1–ΔuC2=2ΔuC1。所以在輸入差模信號的作用下，輸出電壓的變化幅度是每個晶體管集電極電位變化幅度的兩倍，這就證明了差分放大電路對所輸入的差模信號是有很強的放大作用。

圖3所示的差分電路中加入了有效值為10mV的差模信號，仿真結(jié)果得到兩個輸出端的輸出電壓基本都將近600mV，而且我們在圖4的仿真輸出波圖中可以看到，這兩個輸出端的信號相位正好相反，所以我們得到的輸出電壓值近似為1200mV，可見差分放大電路，對差模信號是有很強的放大作用的。

5 結(jié)語

通過對差分放大電路的分析與仿真，使學(xué)生對差分電路為何能夠有效地抑制溫漂？為什么差分放大電路能夠抑制共模信號而又對差模信號有放大作用等疑問有了更深的體會，自然而然地就會很好的接受差分放大電路。

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