差分放大電路的基本結(jié)構(gòu) 長尾式差分電路的工作原理

1、什么是差分信號？為什么要用差分信號？

兩個芯片要通信，我們把它們用一根導(dǎo)線連接起來，一個傳輸1，另一個接受1，一個傳輸0，另一個接受0，不是很好嗎？為什么還要搞其他的花花腸子。

因?yàn)橛懈蓴_，各種各樣的干擾，比如溫度，電磁輻射等等，這些干擾使得傳輸?shù)?不再是理想的1，傳輸?shù)?也不再是理想的0，但是這些干擾幾乎都有一個共同的特點(diǎn)，就是它對這條導(dǎo)線的干擾和它對這條導(dǎo)線附近導(dǎo)線的干擾是一樣的。

利用這個特點(diǎn)，我們用兩個導(dǎo)線傳輸信號，一條導(dǎo)線傳輸我們要傳輸?shù)男盘?010，另一條導(dǎo)線傳輸和他相反的信號0101，在接收端，我們把這兩個信號做差，那么就會接收到1 -1 1 -1這樣的信號，再通過電平轉(zhuǎn)換或其他的手段就可以恢復(fù)出1010這個我們要傳輸?shù)男盘?。干擾在做差的過程中被消除掉了。

2、差分放大電路基本結(jié)構(gòu)

所有的電子元器件的特性都會受到溫度的影響，其中半導(dǎo)體材料受到影響的程度最大。對于PN結(jié)來說，溫度系數(shù)為-2.5mV/°C，表示溫度每升高1°C，二極管或三極管的管壓降就會降低2.5mV，可以想象，溫度高到一定程度的時候，二極管的正向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶匦砸簿筒淮嬖诹?，所有的半?dǎo)體都無法正常工作了。

在共射放大電路中，溫度的變化會產(chǎn)生三極管基極和發(fā)射極之間電壓的變化△Ube，這種現(xiàn)象成為“溫漂”。

差分電路基本結(jié)構(gòu)

利用差分信號的思想，我們建立上面電路圖，輸入端（Ui1-Ui2），輸出端（Uo1-Uo2），就可以解決溫漂的問題。溫漂干擾在做差的過程中被消除掉了。

3、長尾式差分電路

長尾式差分電路

一個更實(shí)用的設(shè)計(jì)是采用長尾式差分電路，如圖所示，這個電路可就厲害了，它可以單端輸入，單端輸出，放大倍數(shù)是普通共射放大電路的1/2倍。單端輸入，差分輸出，放大倍數(shù)是普通共射放大電路的1倍。差分輸入，單端輸出，放大倍數(shù)是普通共射放大電路的1。差分輸入，差分輸出，放大倍數(shù)是普通共射放大電路的2。這個電路之所以強(qiáng)大，是因?yàn)楫?dāng)溫度變化時，產(chǎn)生了△Ube，但是它通過引入一個恒流源補(bǔ)償△Ube，從而使Re兩端的電壓保持不變，這樣流過Re的電流也不變，導(dǎo)出流過Rc的電流不變，最終輸出的Vo不變。推導(dǎo)細(xì)節(jié)如下：

公式1

其中，ui表示輸入信號，ube表示三極管基極和集電極之間的電壓差，它是溫度的函數(shù)?，F(xiàn)在我們只考慮溫漂，ui保持不變。只看溫度變化對輸出的影響。對這個式子兩端求導(dǎo)可得下式，這個式子表明溫漂引起的△Ube會被△Ve所補(bǔ)償。

公式2

長尾式差分電路的仿真結(jié)果如下，從結(jié)果可以看出當(dāng)單端信號輸入時，單端輸出的放大倍數(shù)是普通共射放大電路的1/2。放大倍數(shù)可以利用公式1對Ui求導(dǎo)推出，這里不再推導(dǎo)。