差分放大电路的四种接法
模电系列文章目录
《三极管BJT特性》
《绝缘栅极场效应管MOSFET特性》
《三极管基本放大电路静态及动态参数计算》
《三极管三种基本放大电路：共射、共集、共基放大电路》
《集成运放电路组成及其各部分的作用》
《差分放大电路分析与仿真》
《差分放大电路的四种接法》
《电流源电路》
《互补输出电路（推挽电路）与仿真》
《运放保护电路》
《电压跟随器（缓冲器）》
《反相放大器电路和T形网络反相放大电路与仿真》
《同相放大器电路与仿真》
《加减运放电路与仿真》
《差分放大电路与仿真》
《可调高输入电阻的差分放大电路与仿真》
《带偏置的可调高输入电阻的差分放大电路与仿真》
《三级运放仪表放大电路与仿真》
《带偏置的三级运放仪表放大电路与仿真》
《积分器电路（波形转换电路）》
《微分运算电路（波形转换电路）》
《低侧单向电流检测电路》
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
=
△
u
o
d
△
u
I
d
=
−
β
(
R
c
/
/
R
L
2
)
R
b
+
r
b
e
A_d=\frac{△u_{od}}{△u_{Id}}=-\frac{β(R_c//\frac{R_L}{2})}{R_b+r_{be}}
Ad=△uId△uod=−Rb+rbeβ(Rc//2RL)
输入电阻
R
i
=
2
(
R
b
+
r
b
e
)
R_i=2(R_b+r_{be})
Ri=2(Rb+rbe)
输出电阻
R
o
=
2
R
c
R_o=2R_c
Ro=2Rc
共模放大倍数Ac
A
c
=
△
u
o
c
△
u
I
c
=
0
A_c=\frac{△u_{oc}}{△u_{Ic}}=0
Ac=△uIc△uoc=0
理想对称情况下，共模抑制比
K
C
M
R
=
A
d
A
c
=
∞
K_{CMR}=\frac{A_d}{A_c}=∞
KCMR=AcAd=∞
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
C
C
′
=
R
L
R
e
+
R
L
∗
V
C
C
，
R
c
′
=
R
c
/
/
R
L
V'_{CC}=\frac{R_L}{R_e+R_L}*V_{CC}，R'_c=R_c//R_L
VCC′=Re+RLRL∗VCC，Rc′=Rc//RL
U
C
Q
1
=
V
C
C
′
−
I
C
Q
R
C
′
U_{CQ1}=V'_{CC}-I_{CQ}R'_C
UCQ1=VCC′−ICQRC′
U
C
Q
2
=
V
C
C
−
I
C
Q
R
C
U_{CQ2}=V_{CC}-I_{CQ}R_C
UCQ2=VCC−ICQRC
2.动态分析
输入差模信号时，输出电压
△
u
o
d
=
−
△
i
c
(
R
e
/
/
R
L
)
△u_{od}=-△i_c(R_e//R_L)
△uod=−△ic(Re//RL)
输入电压
△
u
I
d
=
2
△
i
B
(
R
b
+
r
b
e
)
△u_{Id}=2△i_B(R_b+r_{be})
△uId=2△iB(Rb+rbe)
差模放大倍数
A
d
=
△
u
O
d
△
u
I
d
=
−
1
2
∗
β
(
R
c
/
/
R
L
)
R
b
+
r
b
e
A_d=\frac{△u_{Od}}{△u_{Id}}=-\frac{1}{2}*\frac{β(R_c//R_L)}{R_b+r_{be}}
Ad=△uId△uOd=−21∗Rb+rbeβ(Rc//RL)
输入电阻
R
i
=
2
(
R
b
+
r
b
e
)
R_i=2(R_b+r_{be})
Ri=2(Rb+rbe)
输出电阻
R
o
=
R
c
R_o=R_c
Ro=Rc
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
=
△
u
o
c
△
u
I
c
=
−
β
(
R
c
/
/
R
L
)
R
b
+
r
b
e
+
2
(
1
+
β
)
R
e
A_c=\frac{△u_{oc}}{△u_{Ic}}=-\frac{β(R_c//R_L)}{R_b+r_{be}+2(1+β)R_e}
Ac=△uIc△uoc=−Rb+rbe+2(1+β)Reβ(Rc//RL)
共模抑制比
K
C
M
R
=
∣
A
d
A
c
∣
=
R
b
+
r
b
e
+
2
(
1
+
β
)
R
e
2
(
R
b
+
r
b
e
)
K_{CMR}=|\frac{A_d}{A_c}|=\frac{R_b+r_{be}+2(1+β)R_e}{2(R_b+r_{be})}
KCMR=∣AcAd∣=2(Rb+rbe)Rb+rbe+2(1+β)Re
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
∗
△
u
I
2
△u_o=A_d△u_i+A_c*\frac{△u_I}{2}
△uo=Ad△ui+Ac∗2△uI
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
=
△
u
o
d
△
u
I
d
=
−
β
(
R
c
/
/
R
L
2
)
R
b
+
r
b
e
A_d=\frac{△u_{od}}{△u_{Id}}=-\frac{β(R_c//\frac{R_L}{2})}{R_b+r_{be}}
Ad=△uId△uod=−Rb+rbeβ(Rc//2RL)
输入电阻
R
i
=
2
(
R
b
+
r
b
e
)
R_i=2(R_b+r_{be})
Ri=2(Rb+rbe)
输出电阻
R
o
=
2
R
c
R_o=2R_c
Ro=2Rc
理想对称情况下，共模抑制比
K
C
M
R
=
A
d
A
c
=
∞
K_{CMR}=\frac{A_d}{A_c}=∞
KCMR=AcAd=∞
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
o
d
=
−
△
i
c
(
R
e
/
/
R
L
)
△u_{od}=-△i_c(R_e//R_L)
△uod=−△ic(Re//RL)
输入电压
△
u
I
d
=
2
△
i
B
(
R
b
+
r
b
e
)
△u_{Id}=2△i_B(R_b+r_{be})
△uId=2△iB(Rb+rbe)
差模放大倍数
A
d
=
△
u
O
d
△
u
I
d
=
−
1
2
∗
β
(
R
c
/
/
R
L
)
R
b
+
r
b
e
A_d=\frac{△u_{Od}}{△u_{Id}}=-\frac{1}{2}*\frac{β(R_c//R_L)}{R_b+r_{be}}
Ad=△uId△uOd=−21∗Rb+rbeβ(Rc//RL)
输入电阻
R
i
=
2
(
R
b
+
r
b
e
)
R_i=2(R_b+r_{be})
Ri=2(Rb+rbe)
输出电阻
R
o
=
R
c
R_o=R_c
Ro=Rc
输入共模信号时，共模放大倍数Ac
A
c
=
△
u
o
c
△
u
I
c
/
2
=
−
β
(
R
c
/
/
R
L
)
R
b
+
r
b
e
+
2
(
1
+
β
)
R
e
A_c=\frac{△u_{oc}}{△u_{Ic}/2}=-\frac{β(R_c//R_L)}{R_b+r_{be}+2(1+β)R_e}
Ac=△uIc/2△uoc=−Rb+rbe+2(1+β)Reβ(Rc//RL)
共模抑制比
K
C
M
R
=
∣
A
d
A
c
∣
=
R
b
+
r
b
e
+
2
(
1
+
β
)
R
e
2
(
R
b
+
r
b
e
)
K_{CMR}=|\frac{A_d}{A_c}|=\frac{R_b+r_{be}+2(1+β)R_e}{2(R_b+r_{be})}
KCMR=∣AcAd∣=2(Rb+rbe)Rb+rbe+2(1+β)Re
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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