第四節(jié)差分放大器

1、第四節(jié)第四節(jié) 差分放大器差分放大器 差分放大器，又稱為差動(dòng)放大器，是另一類基本放大器，廣泛應(yīng)用于集成電路中。如圖所示 它是由兩個(gè)對(duì)稱的共發(fā)射極放大器通過發(fā)射極電阻耦合而組成的。對(duì)稱是指：對(duì)外電路： RC1=RC2=RC 、 RB1=RB2=RB 對(duì)晶體三極管：T1與T2 的參數(shù)相同，即IS1=IS2=IS 、VBE(on)1=VBE(on)2 、1=2= 。vo1RC1RB1REVCCvo2RC2VEERB2T1T2vi1vi2特點(diǎn)： （1）、 有兩個(gè)輸入端與兩個(gè)輸出端，因此，在連接輸入信號(hào)與負(fù)載時(shí)有多種方式。（2）、電路由雙電源供電，VCC=|VEE|一、差分放大器的電路結(jié)構(gòu)：連接方式：（1

2、）、雙端輸入雙端輸出（2）、雙端輸入單端輸出（3）、單端輸入雙端輸出（4）、單端輸入單端輸出雙端輸入：是指輸入信號(hào)從兩輸入端口輸入。單端輸入：是指兩輸入端口的任意一端口，接地短路；輸入信號(hào)從另一個(gè)端口輸入。雙端輸出：是指輸出信號(hào)從兩個(gè)集電極之間取出。單端輸出：是指輸出信號(hào)從任意一個(gè)集電極對(duì)地取出。2、靜態(tài)分析：、靜態(tài)分析：令：vi1=vi2=0通常的情況下：RB1=RB2=RB 很小，可以看作信號(hào)源的內(nèi)阻。而值，足夠大。因此，可忽略RB的影響，VBQ1=VBQ20Vo1RC1RB1REVCCVo2RC2VEERB2T1T2IEVBQ1VBQ2根據(jù)電路可知：VEQ1=VEQ2 = -VBE(on

3、)1 = -VBE(on)2= -0.7VEEonBEEEBQRIVVV)(1EEonBEEERIVV)(0EBEQEEERVVI在理想情況下，電路兩邊完全對(duì)稱：則有21EEII所以212122EEEEEIIIIIECCCEEIIIIII212121當(dāng) VEE 一定值時(shí)，兩管的集電極靜態(tài)電流由RE來確定。計(jì)算 VC1 與 VC2 的值：根據(jù)電路的對(duì)稱性得：CCCCCCRIVVV21Vo1RC1RB1REVCCVo2RC2VEERB2T1T2IEVBQ1VBQ2Vo1RLRB1REVCCVo2RC2VEERB2T1T2IEVBQ1VBQ2RC1IC1ILIR 當(dāng)放大器作為單端輸出時(shí)的靜態(tài)分析：根

4、據(jù)電路有LCRIII111CRCCCRIVV11)(CLCCCRIIVLLCRIV1LCLRVI11111)(CLCCCCCRRVIVVLCCCLCLCRIVRRRV11二、性能特點(diǎn)（交流特性）二、性能特點(diǎn)（交流特性）1、差模信號(hào)與共模信號(hào)、差模信號(hào)：在差分放大器兩輸入端分別作用著數(shù)值相等，極性相反的輸入電壓，即 vi1= -vi2 稱它們?yōu)橐粚?duì)差模輸入信號(hào)，用 vid 表示。、共模信號(hào)：在差分放大器兩輸入端分別作用著數(shù)值相等，極性相同的輸入信號(hào)，即 vi1=vi2 稱它們?yōu)橐粚?duì)共模信號(hào)，用 vic 表示。 在實(shí)際應(yīng)用中，加到差分放大器兩輸入端的信號(hào)電壓，往往為任意信號(hào)，它們既不是差模信號(hào)，也

5、不是共模信號(hào)。即 vi1 與 vi2 為任意電壓信號(hào)。根據(jù)這種情況進(jìn)行分析：2221211iiiiivvvvv2221212iiiiivvvvv定義：共模輸入信號(hào)為221iiicvvv定義：差模輸入信號(hào)為21iiidvvv就可看到，它們可分解為一對(duì)數(shù)值相等、極性相同的共模信號(hào)和一對(duì)數(shù)值相等、極性相反的差模信號(hào)之和，即2221idiciidicivvvvvv(4-4-4)其中21212)(iiidiiicvvvvvv(4-4-5) 例一、已知vi1= 10.02V 、vi2 = 9.98V ，試求差模和共模輸入電壓。解： 根據(jù)定義差模輸入電壓21iiidvvvmVVV4098.902.10共模輸

6、入電壓221iiicvvvVVV10298. 902.10 同理在輸出端：設(shè)疊加在靜態(tài)工作點(diǎn)上的輸出信號(hào)電壓分別為 vo1 和 vo2 。即111oCQcvVv222oCQcvVv 采用同樣的方法可將vo1 和 vo2 分解為，差模信號(hào)和共模信號(hào)：即21odocovvv22odocovvv定義：共模輸出電壓為221ooocvvv差模輸出電壓為21ooodvvv通過上面的分析可知：、差分放大器的差模性能是指，在差模輸入信號(hào)作用下的性能，這時(shí)由于電路完全對(duì)稱在輸出端只有差模電壓而沒有共模電壓，即 vo1= -vo2 = vod/2、差分放大器的共模性能是指，在共模輸入信號(hào)作用下的性能，這時(shí)由于電路

7、完全對(duì)稱在輸出端只有共模電壓而沒有差模電壓，即 voc1= voc2 = voc、差分放大器的性能就是差模和共模兩種性能的合成。2、差分放大器的差模性能及特點(diǎn)：電路如圖所示（對(duì)任意一對(duì)輸入信號(hào)）vc1RC1REVCCvc2RC2VEET1T2vi1vi2vovc1RC1REVCCvc2RC2VEET1T2vovicvid/2vicvid/2vi1vi2根據(jù)電路可令：vic= 0 ，電路可等效為：vc1RC1REEVCCvc2RC2VEET1T2vid1vid2vo221idididvvv 由于電路兩邊對(duì)稱，因而在差模輸入信號(hào)作用下，兩管集電極產(chǎn)生等值反向的增量電流。因此有cCQCiIi11cC

8、QCiIi22靜態(tài)：ICQ1=ICQ2=ICQ當(dāng)它們共同流入 REE 時(shí)：CQCQCQEEIIIi22221靜態(tài)：IEE=2ICQ1=2ICQ2=2ICQ 從上述推論可知：流過REE 的電流仍為原靜態(tài)電流IEE ，增量電流ic= 0 。 這就是說對(duì)差模信號(hào)而言，REE 可示為短路，因此，對(duì)差模信號(hào)來說，差分放大器可等效為如圖所是：vo1RC1vo2RC2T1T2vid1vid2vovod1RC1vod2RC2T1T2vid1vid2RLRL交流通路vo1RC1vo2RC2T1T2vid1vid2voRLvod1RC1vod2RC2T1T2vid1vid2RLRLvod1vod2T2RC1RL/

9、2RC2T1vid1vid2vodRL/2vod1vod2RC1RL/2RC2T1vid1vid2T2vidRL/2vod對(duì)于一個(gè)單級(jí)共發(fā)射極放大器來說，其放大器的性能為：輸入電阻ebirR輸出電阻CRceorR 電壓放大增益)R(LomvRgA、差模輸入電阻定義：從差分放大器兩輸入端看進(jìn)去所呈現(xiàn)的視在電阻。即ebiiebiidiidiidiriirivivivR222221單端輸入如圖所示vo1RC1vo2RC2T1T2vi1vo2、差模性能、差模性能vod1vod2RC1RL/2RC2T1vid1vid2T2vidRL/2vod根據(jù)圖（1）可知：iiiiidvvvvv021iivv102i

10、vvo1RC1vo2RC2T1T2vivo2iv2iv2iv2iv圖（圖（2）12對(duì)1端來說：iiivvvv221圖（圖（1）vo1RC1vo2RC2T1T2vi1vo對(duì)于2端來說：0)2(22iiivvv由此，可知所謂的單端輸入等效為雙端輸入。輸入電阻為：ebiidirivR2、差模輸出電阻： 單端輸出時(shí)，任意一端的差模輸出電阻（即任一端看進(jìn)去對(duì)地的電阻），為共發(fā)射極放大器的輸出電阻。 雙端輸出時(shí)，差模輸出電阻從兩輸出端看進(jìn)去的視在電阻，即為兩個(gè)共發(fā)射極放大器的輸出電阻之和。c21RceododrRR)R(2cceorRvod1vod2RC1RL/2RC2T1vid1vid2T2vidRL/

11、2vod、差模增益差模電壓增益，是指差模輸出電壓對(duì)差模輸入電壓的比值。即idodvvvA單端輸出時(shí)：a、從T1管的集電極輸出即idodvdvvA11)/2R(212122L1ccemvidodRrgAvvb 、從 T2管的集電極輸出/2)RR(212121Lc222cemvidodvdrgAvvA/2)R(21LccemRrg雙端輸出idodvvvAidododvvv21/2)RR(Lc21cemvvvrgAAA3、差分放大器的共模性能及特點(diǎn)、差分放大器的共模性能及特點(diǎn) 由于電路兩邊對(duì)稱，因而在共模輸入信號(hào)電壓作用下，兩管集電極產(chǎn)生相同的增量電流。即cCQCiIi11cCQCiIi22靜態(tài)：I

12、CQ1=ICQ2=ICQ當(dāng)它們共同流入 REE 時(shí)：cCQCCEEiIiii2221 因此，對(duì)共模信號(hào)來說，流過REE的增量電流 i=2ic，則REE不能看作對(duì)的短路，在電路中應(yīng)該保留。交流通路如圖所示vc1RC1REvc2RC2T1T2vicvicvovoc1voc2RC1RL/2RC2T12REET2vicRL/2voc2REE、共模輸入電阻：定義： 從差分放大器任一輸入端看進(jìn)去，對(duì)公共地呈現(xiàn)的視在等效電阻。voc1voc2T2RC1RL/2RC2T1vicvicvocRL/22REE2REE在忽略rce情況下，根據(jù)電路有EEebicRrR2)1 (、共模輸出電阻：定義：從差分放大器的任一

13、輸出端看進(jìn)去對(duì)公共地呈現(xiàn)的視在等效電阻。CocRR、電壓增益：a 、單端輸出電壓增益（從T1管的集電極輸出）icocvcvvA11根據(jù)定義有voc1voc2T2RC1T1vicvicvocRL2REE2REERC2根據(jù)電路有)R(L1CebmocRvgv)R(LCbebmRirgEEbebbicRiriv2)1 ()R(LCbRivoc1voc2T2RC1T1vicvicvocRL2REE2REERC2icocvcvvA11EEebCRrR)1 (2)R(L在實(shí)際電路中，一般滿足 2（1+）REE rbe所以EECEECvcRRRRA2R)1(2)R(LL1b 、雙端輸出的電壓增益icocvc

14、vvA021icococvvv4、共模抑制比、共模抑制比 根據(jù)上面的分析可知：差分放大器的差模性能和共模性能有很大的不同，最主要的是共模電壓增益遠(yuǎn)小于差模電壓增益或者說相對(duì)于差模信號(hào)，差分放大器具有放大作用；對(duì)于共模信號(hào)，差分放大器具有抑制作用。差分放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制能力可引入一個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià)。即共模抑制比，用 KCMR來表示定義為：差模電壓增益與共模電壓增益之比的絕對(duì)值。即vcvdCMRAAK例如、差分放大器單端輸出時(shí)的共模抑制比，負(fù)載為RL 。)R(21L1cmvdRgAEECvcRRA2RL1已知所以11vcvdCMRAAKEEmEECCRgRRRgm2R)R(21LLEEmCMRRg

15、K差分放大器作為雙端輸出時(shí)，共模抑制比。因?yàn)?icocvcvvA所以CMRK共模抑制比 KCMR 越大，抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。提高KCMR 的途徑： 可增大gm ，即增大 IEE 。也可增大REE ，則KCMR就可相應(yīng)的增大。 不過當(dāng)VEE 為一定值時(shí)，隨著REE 的增大，則 IEE 將減小，導(dǎo)致 gm 相應(yīng)減小，從而影響到 KCMR 的提高。 為解決此矛盾，可采用電流源取代REE ，即采用有源負(fù)載代替REE 。vc1RC1IEE=ICQ3VCCvc2RC2VEET1T2vi1vi2voIBQ3T35、合成輸出信號(hào)、合成輸出信號(hào) 綜合上述分析：可知在任意輸入電壓作用下，差分放大器輸出電壓分別

16、為：idvdicvcodocovAvAvvv21211)1(21)21(21icCMRidvdvdicvcidvdvKvAAvAvAidvdicvcodocovAvAvvv21212)21(212vdicvcidvdoAvAvAv)1(21icCMRidvdvKvA雙端輸出時(shí)：)(21iivdvvAidvdooovAvvv21 可見，vo 僅與差模輸入電壓成正比，即兩輸入電壓的差值成正比，而與共模輸入電壓無關(guān)，即 與兩輸入端電壓的大小無關(guān)。單端輸出：)1(211icCMRidvdovKvAv)1(212icCMRidvdovKvAv只要KCMR 足夠的大，致使icCMRidvKv1 可近似認(rèn)為

17、，任一輸出端的電壓與兩輸入電壓的差值成正比?；蛘吡睿篊MRiiicCMRidKvvvKv21211將vid 看作等效到輸入端的差模誤差電壓。)(211ididvdovvAv)(212ididvdovvAv 如果KCMR 越大，則vid 越小，越能反映，差分放大器任一輸出端的電壓與兩輸入電壓的差值成正比。例例 在圖4-4-1所示差分放大電路中，已知. 0),mV(sin20,k6 .22,k10,k10,100,V1221iiiEECLEECCvtvvRRRVV試求輸出電壓vo2。)mV(sin1022)()mV(sin20,2121tvvvvtvvvvvviiiiciiiidicid2.mA2

18、5. 02mA5 . 0)(,21)(21EECQCQEEEEonBEEECQCQEEIIIRVVIIII解1.3.41.21711. 02/48)/(mS62. 9mV26mA25. 0,1EEmCMREELCvcLCmvdTCQmCMRvcvdRgKRRRARRgAVIgKAA4.)mV(sin9 .478)mV(sin)1041.217120(4821)1(2122ttvKvAvvicCMRidvdoo三、電路兩邊不對(duì)稱對(duì)性能的影響三、電路兩邊不對(duì)稱對(duì)性能的影響 上面的分析討論僅限制為電路在理想情況下，差分放大器的性能，而在實(shí)際差分放大器總是存在著兩邊的晶體三極管的特性參數(shù)及外電路不相等

19、的情況，雖然這種不匹配是極其微小的，但是對(duì)于某些性能的影響是比較大的。 這些性能主要是：雙端輸出時(shí)的共模抑制比KCMR，失調(diào)及其溫漂等。1、雙端輸出時(shí)的共模抑制比KCMR分析：在電路兩邊對(duì)稱的理想情況下，輸入差模信號(hào)時(shí)，輸出僅有差模信號(hào)；輸入共模信號(hào)時(shí)，輸出僅有共模信號(hào)。雙端輸出使由于兩管共模輸出電壓相互抵消，因而差分放大器對(duì)共模信號(hào)有無限大的抑制能力。 當(dāng)電路兩邊不對(duì)稱時(shí)：在差模輸入信號(hào)的作用下，兩管輸出電壓不會(huì)嚴(yán)格等值反相（vo1-vo2)，這樣兩輸出端電壓中除了差模分量外，同時(shí)還存在共模分量。 同理：在共模輸入信號(hào)的作用下，兩管輸出電壓不會(huì)嚴(yán)格等值同相（vo1vo2)，這樣兩輸出端電壓中

20、除了共模分量外，同時(shí)還存在差模分量。雙端輸出時(shí)：由于輸出端電壓中的共模信號(hào)分量相抵消，因而輸出電壓 vo僅有其中的差模分量組成，其值為icdcvidddvovAvAv)()(式中 Av(dd) 是差模輸入電壓轉(zhuǎn)換為差模輸出的電壓增益；Av(cd)是共模輸入電壓轉(zhuǎn)換為差模輸出的電壓增益。)1()()()(icdcvddvidddvvAAvA)1()(icCMRidddvvKvA21)(2121)(iiCMRiiddvovvKvvAv故)()()()(ddvicdcvidddvoAvAvAv式中：KCMR為雙端輸出時(shí)的共模抑制比，定義為)()(dcvddvCMRAAK顯然，電路兩邊越對(duì)稱，Av(c

21、d)就越小，KCMR就越大。在電路兩邊不對(duì)稱十分微小的情況下，可近似認(rèn)為vdddvAA)(而Av(cd)可近似由半電路分析法求得。例如、兩管直流負(fù)載電阻分別為RC 和 RC+RC，試求 ：Av(cd)voc1voc2T2RC1RL/2RC2T1vicvicvocRL/22REE2REE解：設(shè)RC1 =RC ，RC2=RC +RC根據(jù)電路有(若不計(jì)RL，討論簡(jiǎn)便）icEECicEEebCovRRvRrRv2)1 (21icEECCicEEebCovRRRvRrRv2)1 (22根據(jù)定義有icoicoicoodcvvvvvvvvA2121)()2(2EECCEECRRRRREECEECEECRRR

22、RRR222CCvcCCEECRRARRRR2式中 Avc為單端輸出時(shí)，共模電壓增益。CCvcdcvRRAA)( 上式表明：若RC 的相對(duì)誤差為0.01，則雙端輸出時(shí)的電壓共模增益Av(cd) 為單端輸出時(shí)的共模電壓增益 Avc的百分之一。相應(yīng)地，雙端輸出時(shí)的共模抑制比，比單端輸出時(shí)的共模抑制比高200倍。2、失調(diào)及溫漂、失調(diào)及溫漂（1）、輸入失調(diào)電壓、在理想的情況下，當(dāng) vi1 = vi2=0 時(shí)，（即靜態(tài)工作時(shí)）VOQ= 0 （及雙端輸出電壓為零）。分析：、在實(shí)際電路中，兩邊存在著不對(duì)稱的情況，既是零輸入時(shí)，VOQ 0通常將這種現(xiàn)象稱為差分放大器失調(diào)。實(shí)際差放VO 不等于零的輸出電壓VOQ

23、 稱為輸出失調(diào)電壓。根據(jù)電壓增益的定義得：idodvdvvA則vdOIOAVV 可將VO等效到輸入回路中作為差模輸入電壓，用VIO表示，將VIO 稱為輸入失調(diào)電壓。 可以這樣認(rèn)為假設(shè)差分放大器是理想的，在輸入端加一差模輸入電壓 VIO ，而產(chǎn)生得差模輸出電壓VO 。 如果用一個(gè)與VIO 大小相同、極性相反的恒壓源加到實(shí)際差分放大器的輸入端，就能使差分放大器的輸出失調(diào)電壓VO=0 。 從等效的觀點(diǎn)來看，VIO 就是能使 VO= 0 而必須外加在實(shí)際差分放大器輸入端的補(bǔ)償電壓，由于電路兩邊的不對(duì)稱是隨機(jī)的，因而VIO 的值是正值，還是負(fù)值，是不確定的。、產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓的原因 主要是電路兩邊的 R

24、C 和兩晶體三極管的發(fā)射結(jié)面積不相等，而引起的。 結(jié)面積不相等會(huì)引起反向飽和電流 IS 不相等，最終導(dǎo)致IEE 在兩管分配不等。例如、設(shè) RC1= RC+RC/2 、RC2=RC-RC/2IS1=IS+IS/2 、IS2=IS-IS/2解： 由于 ICQ 與 IS 成正比所以2121SSCQCQIIIISSSSSSSSSSCQCQIIIIIIIIIIII2/12/12/2/2121因?yàn)?1CQCQEEIII則有EECQCQIII2121所以122/12/1CQSSSSCQIIIIII)2/1)(2/1 ()2/1)(2/1 (212SSSSSSSSEECQIIIIIIIIII22)2/(1)2

25、/(/121SSSSSSEEIIIIIII)21 (21)21 (12SSEESSCQCQIIIIIII由于式中的平方項(xiàng)1)2(2SSII所以同理)21 (21)21 (21SSEESSCQCQIIIIIII根據(jù)電路有)1)(2111SSCCCEECCCCQCCCQIIRRRIVRIVV)1)(2222SSCCCEECCCCQCCCQIIRRRIVRIVV21CQCQOVVV由于)22(CEECSSEERIRIII因?yàn)関dOIOAVV又因?yàn)镃mvdRgATEEmVIg2所以CTEEvdRVIA2故vdOIOAVVCTEECCSSEERVIRRIII2)22()(CCSSTRRIIV（2）、輸入

26、失調(diào)電流 對(duì)實(shí)際差分放大器來說，兩輸入端一般都接有電阻 RS ，在這種情況下，由于兩管的值不相等，則會(huì)造成 ICQ1ICQ2，為了使ICQ1=ICQ2，就必須在輸入端引入電流使相應(yīng)的 IBQ1IBQ2 ，這兩個(gè)電流分別在RS 上產(chǎn)生電壓，其差值顯然就是作用在兩輸入端之間的失調(diào)電壓。ICQ1RC1RSREEVCCICQ2RC2VEERST1T2IEEIBQ1IBQ2 通常將這種因兩管的值不相等，而在輸入端引入得差值電流稱為輸入失調(diào)電流，用IIO 表示。定義為：兩基極電流之差的絕對(duì)值21BQBQIOIII若取221BQBQBIII 稱為差分放大器的輸入基極電流，則每管的基極電流分別為21IOBBQ

27、III22IOBBQIII設(shè)2122則21BQBQIOIII21CQCQII212112CQCQII通常情況1222221)2(所以BCQBQBQIOIIIII21（3）、失調(diào)模型和調(diào)零電路差分放大器的失調(diào)模型，如圖所示IB1/2IIOIB1/2IIORSRSVIO1VIOVIO2圖中：VIO 的極性和IIO的流向可以隨意規(guī)定，但必須是兩者作用相疊加最不利的情況由此模型可求得加到差分放大器兩輸入端之間的總失調(diào)電壓。IB1/2IIOIB1/2IIORSRSVIO1VIOVIO2根據(jù)模型圖得：)21(1IOBSIOIOIIRVVSIOBSIORIIRV21)21(2IOBSIOIIRVSIOBSR

28、IIR21SIOIOIOIOIORIVVVV21由此是可知，VIO與RS 有關(guān)，若RS 很小，則 IIORS 可忽略，故 VIOVIO若 RS 很大，則 IIORS VIO ，故 VIOIIORS因此，為了減小VIO ，應(yīng)該選用 IIO 小的差分放大器。 在直接耦合電路中，VIO 與輸入信號(hào)一起加到差分放大器輸入端進(jìn)行放大，因此對(duì)輸入信號(hào)而言，VIO實(shí)際上表現(xiàn)為一種干擾。 在實(shí)際電路中，對(duì) VIO往往采用調(diào)零電路來消除，如圖所示：Vo1RC1RB1REEVCCVo2RC2VEERB2T1T2IEEVo1RC1RB1REEVCCVo2RC2VEERB2T1T2IEE（4）、VIO和IIO的溫漂V

29、IO和IIO隨溫度的變化率均分別與VIO 和IIO成正比，即IOIOVTVIOIOITI因此，要減小溫漂，就必須減小 VIO和IIO 。 VIO 與 IIO 是電路不對(duì)稱的產(chǎn)物，它們的溫漂顯然遠(yuǎn)比靜態(tài)工作點(diǎn)的溫漂要小。 必須指出，調(diào)零電路的調(diào)零不可能跟蹤溫度的變化，因此調(diào)零電路可以克服失調(diào)，但不能消除溫漂。（5）、MOS管差放失調(diào) MOS管的柵極電流幾乎為零（約10-12A)，因而MOS管的差分放大器的失調(diào)主要是輸入失調(diào)電壓，而輸入失調(diào)電流一般可以忽略。產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓的主要原因：、管子參數(shù)：溝道的寬長(zhǎng)比（W/l)和開啟電壓VGS(th)的差異。、RD 的不匹配：它們都將引起偏置電流 ISS

30、在兩管分配的不均勻等。 MOS管差分放大器的 VIO 大于晶體三極管差分放大器的VIO 。四、差模傳輸特性四、差模傳輸特性 通過上面的分析：了解差分放大器的性能，但這些性能只是在vid足夠小時(shí)的特性，即在線性工作時(shí)的差分放大器的性能。 現(xiàn)在進(jìn)一步討論差分放大器在差模輸入電壓為任意值時(shí)的性能，而這時(shí)的性能集中的反映在差分放大器的差模傳輸特性上。差模傳輸特性： 是指輸出差模電流（雙端輸出電流或單端輸出電流）隨差模輸入電壓 VID 而變化的特性。1、雙極性差放的差模傳輸特性、雙極性差放的差模傳輸特性分析條件（如圖所示）：vo1RC1IEEVCCvo2RC2VEET1T2vID（1）、在理想條件下 電

31、路兩邊完全對(duì)稱，對(duì)差分放大器來說，流過REE的電流 IEE不會(huì)隨差模輸入電壓而變化，為方便起見，用電流源代替REE 。當(dāng)晶體管工作在放大區(qū)時(shí)有TBETBEVvEBSVvSceIeIi111111TBETBEVvEBSVvSceIeIi222212假設(shè) 121則)1 (12121cccccEEiiiiiI)1 (121TBETBEVvSVvSceIeIi)1 (121TBEBEVvvcei由于21BEBEIDvvv所以TBEBEVvvEEceIi1211TIDVvEEeI1TIDTIDTIDVvVvVvEEeeeI)1 (TIDTIDVvVvEEeeI1TIDTIDTIDVvEEVvEEEEVv

32、EEeIeIIeI121212121TIDTIDTIDVvEEVvEEEEVvEEeIeIIeI121212121TIDTIDTIDVvVvEEVvEEeeIeI1)1(21)1(21112121TIDTIDVvVvEEEEeeII11TIDTIDVvVvee其中)2(222)2(2)2(2TIDTIDTIDTIDTIDTIDTIDVvVvVvVvVvVvVveeeeeee)()(222222TIDTIDTIDTIDTIDTIDVvVvVvVvVvVveeeeee)()(2222TIDTIDTIDTIDVvVvVvVveeee此式為雙曲正切函數(shù))()()(2222TIDTIDTIDTIDVvV

33、vVvVvTIDeeeeVvth即所以)2(21211TIDEEEEcVvthIIi)2(21212TIDEEEEcVvthIIi同理可以推導(dǎo)出：雙端輸出時(shí)：)2(21TIDEEccVvthIii根據(jù)這三個(gè)方程可做出它們的差模傳輸特性曲線ic /IEEic1/IEEic2/IEE1QvID /VT0ic1-ic2IEEvID /VT0-IEE 由圖可見：不論單端輸出或雙端輸出，差模特性曲線均呈非線性，服從雙曲正切函數(shù)的變化規(guī)律。由于， IEE = ic1+ic2 因而兩管的電流總是一增一減。ic /IEEic1/IEEic2/IEE1QvID /VT0ic1-ic2IEEvID /VT0-IE

34、E當(dāng) vID = 0 時(shí)，即靜態(tài)工作時(shí)，在曲線中的Q點(diǎn)上，EEccIii2121ic /IEEic1/IEEic2/IEE1QvID /VT0ic1-ic2IEEvID /VT0-IEE 當(dāng) vID 足夠小時(shí)，在原點(diǎn)附近（Q點(diǎn)）vID 的很小變化范圍內(nèi)，差模傳輸特性曲線可被近似看成為一段直線。表明，ic1 、ic2 或 ic1 ic2 與 vID 之間呈線性關(guān)系。顯然這就是前面分析差分放大器性能時(shí)對(duì) vID所限定的范圍。2x當(dāng) 時(shí)將 thx 用冪級(jí)數(shù)展開，得.1523.53xxxthx 若限定|x|0.5 時(shí)，x 的三次方及其以上的各非線性項(xiàng)可忽略，由此引入的誤差小于5% 。為了保證小信號(hào)工作

35、，對(duì) vID 界定的范圍為：5.0 x5.0TIDVv則mVVvTID26顯然它遠(yuǎn)比單個(gè)晶體三極管小信號(hào)所界定的范圍要大。在小信號(hào)工作范圍內(nèi)，可根據(jù))2(21TIDEEccVvthIii 求得雙端輸出時(shí)傳輸特性曲線在原點(diǎn)上的斜率。即跨導(dǎo)為：TCQTEEvIDccmVIVIviigID2)(021CmvRgA相應(yīng)的差模電壓增益為：與小信號(hào)分析時(shí)的結(jié)果一致。 當(dāng)vID 26mV 時(shí)，利用差模傳輸特性的非線性，可以實(shí)現(xiàn)各種非線性運(yùn)算功能。 特別是當(dāng) |vID|4VT = 104mV 時(shí)，一管趨于截止，IEE 幾乎全部流入另一管，曲線進(jìn)入限幅區(qū)。 因此，利用 vID 的正、負(fù)極性，時(shí)兩管輪流進(jìn)入限幅區(qū)

36、，就可實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)功能。vo1RC1IEEVCCvo2RC2VEET1T2vIDRE1RE2 若在兩管的發(fā)射極上串聯(lián)電阻RE ，由于RE 的負(fù)反饋?zhàn)饔?，差模傳輸特性在原點(diǎn)附近的線性范圍將大大擴(kuò)展。且RE 越大，線性范圍的擴(kuò)展就越大，不過曲線的斜率也就越低，即跨導(dǎo)和相應(yīng)的差模電壓增益也就越低。ic1-ic2IEEvID /VT0-IEE（2）、差分放大器的最大差模輸入電壓范圍： 在差模輸入電壓 vID 作用下，隨著| vID|的增大，差分放大器進(jìn)入限幅區(qū)，其中一管導(dǎo)通，另外一管截止，并且截止管發(fā)射結(jié)的電壓向負(fù)值方向增大，直到等于發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓V(BR)BEO時(shí)，管子被擊穿，因此，為了避免發(fā)射結(jié)反向擊穿，則必須限制| vID|。 通常將這個(gè)受V(BR)BEO限制的最大差模輸入電壓稱為最大差模輸入電壓范圍。（3）、最大的共模輸入電壓范圍： 當(dāng)差分放大器同時(shí)作用著差模和共模輸入電壓時(shí)，為保證差分對(duì)管線性工作，除了要求差模輸入電壓足夠小外，還應(yīng)限制共模輸入電壓，保證兩管工作在放大區(qū)，則必須避免集電結(jié)反向擊穿，通常將這