掌握了单端输入、双端输出式差分
放大器直流电路的分析方法就能比较方便地学好其他3种
差分放大器的分析方法。
图3-21所示是单端输入、双端输出式差分放大器。电路中的输入信号Ui从VT1基极与地线之间输入,与一般放大器一样。VT2基极上没有另加输入信号,而是通过
电容C1交流接地。因为电路中只有一个信号端,所以将这种差分放大器称为单端输入式电路。输出信号Uo从VT1和VT2集电极之间输出,与一般放大器不同。
图3-21 单端输入、双端输出式差分放大器
差分放大器直流电路的特点和电路识图方法:R2和R6分别为VT1和VT2提供基极直流偏置电流,R4是两管共用的发射极电阻,R2等于R6,所以VT1和VT2的基极静态电流相等;R3和R5分别是VT1和VT2的集电极
负载电阻,R3等于R5,所以两管的集电极直流电压相等,具体地讲两管的集电极、基极和发射极直流电压相等。
重要提示
电路识图结论是:差分放大器中的两只
三极管VT1和VT2工作在放大状态,而且两管直流电路工作状态相同。
VT1和VT2均处于正向偏置状态,它们的基极电流都从基极流入三极管,从发射极流出,通过R4流到地线。
两管共用的发射极电阻R4的阻值比较大,这是出于获得比较大的共模负反馈的考虑。
单端输入式差分放大器输入电路识图方法
对单端输入电路工作原理理解的关键是,差模输入信号Ui加到VT1基极,为什么VT2也会有差模输入信号呢?对这一问题的理解有下列两种方法。
(1)种理解方法。由于VT1和VT2共用的发射极电阻R4的阻值比较大,可以视R4为开路,同时VT1和VT2管发射结(基极与发射极之间的PN结)均处于正向偏置后的导通状态,这样输入信号电流的回路为Ui→R1→VT1基极→VT1发射极→VT2发射极→VT2基极→R7→电容C1→地线,输入信号电流成回路。由此可见,输入信号电流同时流过了VT1和VT2管。
在输入信号电压为正半周期间时,输入信号给VT1加正向偏置,使VT1基极电流增大;对于VT2发射结而言,由于输入信号电压在发射极上增大(输入信号Ui增大,使VT1发射极信号电压也增大),给VT2发射结加的是反向偏置电压,这样输入信号电压减小了VT2基极正向偏置电压(但VT2仍然处于导通状态),所以使VT2基极电流减小。
VT1和VT2发射结在直流偏置电压下已导通,由于两三极管正向偏置电压相等,所以两三极管发射结导通后内阻相等,两管发射结内阻串联后接在输入信号电压Ui上,这样两三极管发射结上的输入信号电压相等,而且只有Ui的一半。所以,VT1和VT2每只三极管中只相当于有一半的输入信号Ui。
重要提示
当输入信号电压为正半周时,VT1基极电流增大,导致VT2基极电流减小,可见这是输入的差模信号。
在输入信号电压为负半周期间时,给VT1发射结加的是反向偏置电压,使VT1基极电流减小;由于输入信号使VT1发射极电压减小,即VT2发射极电压减小,给VT2发射结加的是正向偏置电压,使VT2基极电流增大。这样,在输入信号Ui为负半周时,VT1基极电流减小,而使VT2基极电流增大,所以这也是输入的差模信号。
由上述输入电路识图方法可知,当给差分放大器中的一只三极管基极输入信号时,能够引起两只三极管的基极电流变化,并且引起两只三极管基极电流反向变化,相当于给差分放大器输入差模信号。
(2)第二种理解方法。当加到VT1基极的输入信号增大时,VT1基极电流增大。由于发射极电压跟随基极电压,所以VT1发射极电压也增大,使VT2发射结的正向偏置电压减小,引起VT2基极电流减小,这样输入信号加到了VT1和VT2上。
当输入信号电压减小时,VT1发射极电压减小,VT2发射极电压也减小,对VT2发射结而言是正向偏置电压,所以VT2基极电流增大。
重要提示
在单端输入式电路中,对于共模信号而言,例如,当温度变化时,引起两只三极管的电流同时增大或同时减小,这是共模信号。
双端输出电路识图方法:电路中的输出信号Uo取自VT1和VT2集电极之间,这种输出方式称为双端输出式电路。常见放大器采用单端输出方式,它的输出端是三极管集电极,输出信号取自三极管集电极与地线之间。
双端输出电路识图要分成以下3种情况。
(1)静态时的输出电路识图。静态时,两只三极管VT1和VT2基极没有信号输入, VT1和VT2基极电流相等(两管直流电路对称),所以两管集电极直流电压相等(两只三极管性能一致),输出信号电压等于两管集电极电压之差,由于VT1和VT2管的集电极电压相等,所以两管的集电极电压之差为0 V,即静态时输出信号为0。
(2)输入差模信号时的输出电路识图。由于差模信号引起两管的基极电流反方向变化,两管集电极电流变化相位也相反,即当一只三极管集电极电流在增大时,另一只三极管集电极电流在减小。所以,VT1和VT2集电极电压相位相反,即当一只三极管集电极电压在增大时,另一只三极管集电极电压在减小。VT1和VT2的集电极电压之差为放大器的输出信号Uo。输入差模信号时,差分放大器输出放大后的差模信号。
(3)输入共模信号时的输出电路识图。由共模信号特性可知,这种信号引起两管基极电流的变化是同相的,这样VT1和VT2集电极电流的变化相位也同相,即当一只三极管集电极电流在增大时,另一只三极管集电极电流也在增大,并且增大的量相等,这样VT1和VT2的集电极电压相等,两管集电极电压之差等于0 V,即Uo=0 V,说明这一差分放大器不能放大共模信号。
差分放大器双端输出信号电流回路分析方法
图3-22是输出信号电流回路示意图,电路中的RL是接在输出端的放大器负载电阻。
差分放大器直流电路和交流电路识图方法
图3-22 输出信号电流回路示意图
分析输出电路主要是分析输出信号电流的流动过程和方向。
输出信号电流在VT1和VT2集电极之间通过负载电阻RL流动,输入信号相位不同时,流动的方向不同。
当VT1基极上的信号相位为负时,VT1管集电极上的信号相位为正,这时VT2基极上的信号相位为正,VT2集电极上的信号相位为负,所以输出信号电流从VT1集电极通过负载电阻RL流向VT2集电极,如图3-22中的实线所示。
当VT1管基极上的输入信号为正时, VT1集电极上的信号相位为负,这时VT2基极上的信号为负,VT2集电极上的信号相位为正,所以输出信号电流从VT2集电极通过负载RL流向VT1集电极,如图3-22中的虚线所示。
当输入信号变化到另一个周期时,输出信号电流再次重复变化。