差分放大電路輸入與輸出的大小和相位關(guān)系

差分放大電路是一種廣泛應(yīng)用于模擬電路中的放大器，它具有高增益、高輸入阻抗、低噪聲和良好的共模抑制比等優(yōu)點(diǎn)。

一、差分放大電路的基本概念

1.1 差分放大電路的定義

差分放大電路是一種具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的放大器，其放大倍數(shù)與兩個(gè)輸入端之間的差值成正比。當(dāng)兩個(gè)輸入端的電壓相等時(shí)，輸出為零；當(dāng)兩個(gè)輸入端的電壓不相等時(shí)，輸出為兩個(gè)輸入端電壓差的放大值。

1.2 差分放大電路的分類

差分放大電路可以分為兩種類型：單端輸入差分放大電路和雙端輸入差分放大電路。單端輸入差分放大電路只有一個(gè)輸入端，另一個(gè)輸入端接地；雙端輸入差分放大電路有兩個(gè)輸入端，分別連接到兩個(gè)信號源。

1.3 差分放大電路的特點(diǎn)

差分放大電路具有以下特點(diǎn)：

（1）高增益：差分放大電路可以提供很高的放大倍數(shù)，通常在幾十到幾千之間。

（2）高輸入阻抗：差分放大電路的輸入阻抗很高，通常在幾百千歐姆到幾兆歐姆之間，這使得它在與高阻抗信號源連接時(shí)不會對信號源產(chǎn)生影響。

（3）低噪聲：差分放大電路的噪聲性能優(yōu)于單端放大電路，因?yàn)樗梢砸种乒材Ｔ肼暋?/p>

（4）良好的共模抑制比：差分放大電路具有很好的共模抑制能力，可以抑制兩個(gè)輸入端的共模信號，從而提高信號的信噪比。

二、差分放大電路的工作原理

2.1 基本差分放大電路的組成

基本差分放大電路由兩個(gè)晶體管（或運(yùn)算放大器）組成，它們的發(fā)射極分別接地，基極分別連接到兩個(gè)輸入端，集電極分別連接到輸出端。在晶體管的情況下，還需要在集電極和電源之間串聯(lián)一個(gè)電阻，以提供直流偏置。

2.2 差分放大電路的放大過程

當(dāng)兩個(gè)輸入端的電壓相等時(shí)，兩個(gè)晶體管的基極電流相等，集電極電流也相等，輸出電壓為零。當(dāng)兩個(gè)輸入端的電壓不相等時(shí)，基極電流會發(fā)生變化，導(dǎo)致集電極電流也發(fā)生變化，從而產(chǎn)生輸出電壓。

2.3 差分放大電路的放大倍數(shù)

差分放大電路的放大倍數(shù)取決于晶體管的放大系數(shù)（或運(yùn)算放大器的增益）和集電極電阻的值。放大倍數(shù)可以通過以下公式計(jì)算：

Av = (β * R) / (Rin + (β + 1) * R)

其中，Av 是放大倍數(shù)，β 是晶體管的放大系數(shù)（或運(yùn)算放大器的增益），R 是集電極電阻的值，Rin 是輸入電阻的值。

2.4 差分放大電路的相位關(guān)系

差分放大電路的相位關(guān)系取決于晶體管的類型和連接方式。對于NPN晶體管，當(dāng)輸入端1的電壓高于輸入端2的電壓時(shí)，輸出電壓為正；對于PNP晶體管，當(dāng)輸入端1的電壓低于輸入端2的電壓時(shí)，輸出電壓為正。這意味著差分放大電路的輸出相位與輸入差值的相位相反。

三、差分放大電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 輸入阻抗的優(yōu)化

為了提高差分放大電路的輸入阻抗，可以采用以下方法：

（1）增加基極電阻的值：增加基極電阻可以提高輸入阻抗，但同時(shí)也會增加噪聲。

（2）使用場效應(yīng)管：場效應(yīng)管具有更高的輸入阻抗，可以替代晶體管作為差分放大電路的輸入級。

3.2 增益的調(diào)整

差分放大電路的增益可以通過調(diào)整集電極電阻的值來實(shí)現(xiàn)。增加集電極電阻可以提高增益，但同時(shí)也會增加輸出電阻和噪聲。

3.3 共模抑制比的提高

為了提高差分放大電路的共模抑制比，可以采用以下方法：

（1）使用對稱電路：對稱電路可以減小兩個(gè)輸入端的共模信號，從而提高共模抑制比。

（2）使用差分輸入：差分輸入可以進(jìn)一步減小共模信號，提高共模抑制比。

3.4 噪聲的抑制

為了降低差分放大電路的噪聲，可以采用以下方法：

（1）使用低噪聲元件：選擇低噪聲的晶體管或運(yùn)算放大器可以降低電路的噪聲。

（2）采用差分放大：差分放大可以抑制共模噪聲，降低電路的總噪聲。