差分放大電路的共模信號(hào)分析

共模信號(hào)分析

當(dāng)兩個(gè)輸入端同時(shí)輸入理想的共模信號(hào)時(shí)，即相當(dāng)于將Vi1和Vi2短接并同時(shí)接到輸入電壓V s ，其re模型小信號(hào)交流等效電路如下圖所示：

圖9-02.07

下面我們分析這個(gè)差分放大電路對(duì)共模信號(hào)的響應(yīng)：

• 共模放大系數(shù)：

由于差分放大電路完全對(duì)稱，當(dāng)Vi1和Vi2輸入相同的信號(hào)（即共模信號(hào)）時(shí)，我們?cè)趫D中一致用Vi表示，其輸入電流Ib1和Ib2也是完全相同的，故在圖中我們一致用Ib表示；且其在輸出端產(chǎn)生的輸出信號(hào)Vo1和Vo2也是完全相同的，故我們?cè)趫D中一致用Vo表示。

輸入電流Ib的計(jì)算式為：

上式的左右兩端都有I b ，我們將其整理一下，將含Ib的項(xiàng)都?xì)w并到等式左邊，可得：

輸出電壓Vo為：

因此，共模放大系數(shù)Ac為：

在上式中，通常re遠(yuǎn)小于R E ，且我們視 β ≈ β +1，故上式可近似為：

• 共模輸入阻抗：

共模輸入阻抗定義為：共模輸入電壓除以共模輸入電流，其計(jì)算式為：

將上面算得的Ib的表達(dá)式代入，可得：

• 共模輸出阻抗：

共模輸出阻抗的計(jì)算方式和上面差模輸出阻抗的計(jì)算方式相同，我們將差分放大電路看作一個(gè)整體，畫出其和輸出端子的關(guān)系，如下圖所示：

圖9-02.08

如果只使用其一個(gè)輸出端子作為共模輸出，容易看出其共模輸出阻抗為：

** 3. 使用恒流源偏置**

一個(gè)好的差分放大電路，其差模放大系數(shù)Ad最好遠(yuǎn)大于共模放大系數(shù)A c ，根據(jù)我們前面算得的差模放大系數(shù)和共模放大系數(shù)的表達(dá)式：

由于re一般固定，要增大差模放大系數(shù)，只能靠增大R C ；而增大RC后，又會(huì)使得共模放大系數(shù)增大，為使共模放大系數(shù)減小，我們需要增大分母R E ，最好RE為無窮大。對(duì)于這種既需要有一定的直流電流通過、又希望交流等效電路中電阻為無窮大的情況，一般可以使用恒流源來實(shí)現(xiàn)。理想的的恒流源，其交流阻抗為無窮大；但是實(shí)際的恒流源都會(huì)帶有一定的交流阻抗，表現(xiàn)為在理想恒流源旁邊并聯(lián)一個(gè)很大的電阻R o 。

使用實(shí)際恒流源偏置的差分放大電路如下圖所示：

圖9-02.09

其中，恒流源用來提供直流偏置電流。對(duì)于交流通路，恒流源的理想部分表現(xiàn)為斷路，小信號(hào)交流電流全部都從Ro通過，這個(gè)Ro就相當(dāng)于原來的交流等效電路中的R E 。由于Ro的阻值非常大，根據(jù)上面的共模放大系數(shù)的計(jì)算公式，可以使其共模放大系數(shù)非常小。

這種使用恒流源來改善電路性能的技巧經(jīng)常用于IC芯片的設(shè)計(jì)中，而在分立元器件電路中使用這種技巧并不是很方便。因?yàn)槊總€(gè)BJT晶體管的參數(shù)會(huì)隨器件品質(zhì)而波動(dòng)，因此每個(gè)電路你都要用可調(diào)電阻去把偏置電流調(diào)整到設(shè)計(jì)值，批量生產(chǎn)時(shí)，這個(gè)工作量會(huì)非常大。