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差分放⼤电路

6.1集成电路运算放⼤器中的电流源

1．基本电流源

分压式射极偏置电路为基本电流源电路。当三级管⼯作在放⼤区，由于射极电流仅由两分压电阻决定，

因此当负载发⽣变化（也即集电极电阻发⽣变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特

性。

2．有源负载

由于电流源具有直流电阻⼩⽽交流电阻⼤的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使⽤，称

为有源负载。

3．电流源的应⽤

（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流；

（2）作为各放⼤级的有源负载，提⾼电压增益。

6.2差分式放⼤电路

主要作⽤：作为多级放⼤电路的输⼊级，抑制零点漂移。

⼀、基本差分放⼤电路

电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称。它有两个输⼊端，两个输出端，当

输出信号从任⼀集电极取出，称为单端输出，⽽当从两个集电极之间取出，则称为双端输出或浮动输出。

1．差分式放⼤电路的类型：

按输⼊和输出的⽅式分为：双端输⼊双端输出、双端输⼊单端输出、单端输⼊双端输出、单端输⼊单端输

出。

2．静态分析

静态是指⽆外输⼊信号时电路所处的状态。因此，在进⾏静态分析时，应把输⼊信号置零，即输⼊端短

路。

共⽤电阻Re在半电路中应等效为2*Re。

3．动态分析

（1）差模信号与共模信号

在讨论差分放⼤电路的性能特点时，必须先区分差模信号和共模信号这两个不同的概念，因为差分放⼤

电路对差模信号和共模信号具有完全不同的放⼤性能。

⼀对任意数值的输⼊信号可以⽤差模信号和共模信号来表⽰。通常，可以认为，共模信号是由⼀对幅值

相等、极性相同的输⼊信号组成，差模信号是由⼀对幅值相等、极性相反的输⼊信号组成。

（2）垂直对称⽹络的⼆等分

垂直对称⼆端⼝⽹络，当在两输⼊端分别加上幅值相等、极性相同的信号和幅值相等、极性相反的输⼊

信号时，其垂直对称线上分别等效为开路和对地短接。这样，⼀个⼆端⼝⽹络变分解为两个半⽹络。

（3）差模信号输⼊

将差分放⼤电路分解为两个半电路，在半电路中：

双端输⼊：共⽤电阻Re短接或恒流源交流短接；单端输⼊共⽤电阻Re或恒流源开路。

①差模增益：指差分放⼤电路差模输出电压对差模输⼊电压的⽐值，单端输出时差模增益为双端输出时

的⼀半。

②差模输⼊电阻：指差分放⼤电路从两输⼊端看进去所呈现的电阻，其值为两共射放⼤电路输⼊电阻之

和。

③差模输出电阻：单端输出时，任⼀端的差模输出电阻即为共射放⼤电路的输出电阻；双端输出时，差

模输出电阻为两共射放⼤电路输出电阻之和。

（4）共模信号输⼊

将差分放⼤电路分解为两个半电路，在半电路中共⽤电阻Re等效为2*Re。

①共模增益：双端输出时，共模电压增益为0，因此，⼀般只考虑单端输出时共模电压增益。

②共模输⼊电阻：差分放⼤电路任⼀输⼊端看⼊的电阻。

③共模输出电阻：差分放⼤电路任⼀输出端呈现的电阻。

（5）共模抑制⽐

共模抑制⽐是差分放⼤电路的重要性能指标之⼀，它表明了差分放⼤电路放⼤差模输⼊信号和抑制共模

信号的相对能⼒。

（6）抑制零点漂移的原理

利⽤电路的对称性和发射级电阻Re或恒流源形成的共模负反馈。

⼆、有源负载差分放⼤电路（带恒流源电路）

从以上分析可以看出，为了增⼤共模抑制⽐，除了⼒求差分放⼤电路完全对称外，还应增⼤发射极电阻

Re。但是Re过⼤，不仅集成⼯艺难以实现，⽽且会使放⼤电路两管的静态⼯作点电流偏低。为了解决这个⽭

盾，可以采⽤有源负载电路来代替Re。实践证明，采⽤恒流源电路的差分放⼤电路，其共模抑制⽐可提⾼1～

2个数量级。

三、问题

（1）在差分式放⼤电路的射极电阻Re上是否要加旁路电容Ce？

答：不能加。因为Re电阻对输⼊信号的差模分量，其上电流的变化量为0，所以不必加旁路电容Ce。再者

Re对输⼊信号的共模分量，形成较强的负反馈来抑制零漂，所以不能加旁路电容Ce。

（2）在差分放⼤电路分析中，为什么要考虑信号源内阻Rs？

答：差分式放⼤电路是直接耦合放⼤电路，输⼊端⽆耦合电容，Rs的不同会影响管⼦的静态⼯作点，Rs不

同影响也不同。⼀般经常在信号源和输⼊管基极间接较⼤的电阻Rs。

6.3集成电路运算放⼤器

集成运算放⼤器是⼀种⾼增益的直接耦合多级放⼤电路，通常由输⼊级、中间级、输出级及偏置电路组

成。

输⼊级：