差动放大器的原理及四种连接方法_上_
电子报/2011年/5月/15日/第010版
电子职校
差动放大器的原理及四种连接方法(上)
江苏 顾振远
在很多控制系统中，需要放大的信号并不全是交流信号，有许多是非周期性且缓慢变化的信号，这时所运用的放大器一般都采用差动放大电路，它的最大优点是对抑制零点漂移有较强的作用。其基本电路形式有“双端输入——双端输出”、“单端输入——单端输出”、“单端输入——双端输出”和“双端输入——单端输出”等几种形式，它们的基本规律是:双端输出电路，放大倍数基本上和单管一样，而单端输出时，放大倍数为单管一半。
1.典型对称式差动电路的工作原理
图1是双端输入——双端输出差动放大器电路。图中输入分压电阻R=R′、输入电阻Rbl=R b1′、基极偏流电阻Rb2=R b2′、集电极负载电阻RC=RC′，输出电压从两个晶体管T1、T2的集电极引出。
由于各部位所用元器件完全相等且一样，所以该电路又称为全对称型直流放大器。 Δu1和Δu2分别为T1、T2的输入信号，在没有输入信号时，即Ic1=Ic2uo1=u02
而总输出电压
uo=uo1-u02=0
这时，即使由于温度升高将会导致T1、T2它们的Ib和Ic相应增加时，因两边完全对称，ΔIb1=ΔIb2，ΔIc1=ΔIc2，最终输出的电压Auc1=Δu02，因此，输出变化量仍为0。
当有输入信号电压Δui以后，因为输入分压电阻R=R′，所以晶体管T1、T2的输入信号Δuil=Aui2=1/2・Δui，但是它们的方向相反，这种信号一般称为差模信号。ui1对晶体管T1来说输入信号为正，Ib1和Ic1增加，T1输出(uo1=E-Ic1・Rc1)下降；ui2对于T2来说，将引起Ib2、Ie2减小，使u02增加，因此，Δuo将出现一定数值。
差动放大电路中用了两只管子T1和T2，它的放大倍数是否比单管放大电路大呢?由图1可知，每个管子的输入电压Δuil(或Δui2)都是总输入电压的Δui的一半。因此差动放大电路的放大倍数与单管放大倍数一样。如果忽略偏流电阻Rb2的影响(因Rb2＞＞rbe)则每一边的单管放大倍数K1，即
所以，差动式放大电路的放大倍数:
K=Auo/Aui=K1=-βRc/(Rbl+rbe)
由此可见，差动放大器在两只输入信号存在差值的情况下才有输出。而当uil和ui2相等，极性相同时，则输出为零。这种输入信号称为“共模信号”。外界条件变化如温度变化等所引起的两管集电极电位同时上升或下降，从效果上讲，可以看作两管基本上加了一个完全一致的输入信号，也就是共模信号，故无输出。
2.对差动放大器零点漂移的消除方法
如果差动电路两边真正能够做到绝对对称时，它对共模信号的放大倍数将等于零，零点漂移能够彻底消除。但是这种绝对对称的理想状态事实上是做不到的，先不说两个同型号的个体晶体
管一定存在差异外，就电路两边应对称的其它元器件的参数，也不可能做到毫无差异。正因为如此，尽管是共模信号，在电路内部就不能完全抵消，这就使得差动电路对共模信号的放大倍数不为零，也就是不能彻底消除零点漂移。
常用减小零点漂移的办法是在图1的基础上加一个电位器Rw、一个公共发射极电阻Re和另一个对地为负的电源Ee，如图2所示。
(1)Re的作用
Re的主要作用是稳定流过它的电流，从而限制T1、T2的漂移范围。假设由于温度的升高使Ic1和Ic2同时增加，则流过Re的电流Ie1和Ie2同时增加，此时Ue必然跟着提高。如果ub1和ub2的电位保持不变，则ube1和ube2均会下降，于是它们的Ib、Ic将同时下降，这样使温度变化影响得到了克服。这个过程可示意为:
因温度升高造成的每个管子的漂移都得到一定程度的抑制，这一点主要是靠Re对共模信号的反馈作用的结果。Re愈大，稳定效果愈好，克服零点漂移的作用也愈显著。
这个电路的优点还在于Re的“加入”对要放大的差动信号并没有影响。当把一个差动信号接到电路的输入端时，一个管子的电流增加，另一个管子的电流将减小，在电路完全对称的条件下，增加的量和减小的量彼此相当，则流过Re的电流基本保持不变。
(2)Rw的作用
考虑到T1、T2两个管子特性不可能完全一致，即当Ic1≠Ic2时，用Rw可调电位器调节，进而使lc1=Ic2。如当Ic1>Ic2时，把Rw的活动端向右微微移动，使T1的发射极电阻增大些，Ic1的电流就下降了。Rw的阻值一般在几百欧左右，被称作“调零电位器”。
(3)Ee的作用
电路中“加入”了Re，起到了减小零点漂移的作用，但加了Re会使管子的工作点降低，这自然会影响正常的放大倍数，若减小Re，又满足不了抑制零点漂移的作用。辅助电源Ee就是用来解决这个问题的，接入Ee后，使管子的Ic与原来保持相同，从而取得合适的工作点。(未完待续)