差分放大器工作原理详细讲解
差分放大器是一种基于差分算法的放大器电路,它能够将两个输入信号的差值进行放大输出。当一个信号经过差分放大器放大后,输出信号将会是两个输入信号的差值,这个信号通常被称为差分信号。差分放大器的应用十分广泛,它被广泛应用于信号放大、滤波、增益控制和传输等领域。
差分放大器响应两个输入信号之差,它有两个输入端。图13-1是差分放大器的基本电路,通常采用双电源偏置,图中-UEE电源使发射结正偏,+UCC使集电极反偏。
如图13-2,信号加在差分放大器两个输入端中的一个 ,信号能从两个集电极输出。假设正向变化的输入信号加到Q1的基极,因为它是NPN的三极管,Q1的导电性增加。因为Q1电流增加,降在Q1集电极电阻RC上的电压也增加。使得Q1的集电极电位下降。因此Q1集电极得到反相输出。
差分放大器及工作原理
1. 差分放大器的主要特点
差分放大器具有以下主要特点:
(1)输出电压与输入偏置电压无关,即它对直流分量不敏感。
(2)输出电压与公共模电平的变化无关,即它具有很高的共模抑制比。
(3)放大器内部的运算是基于差分模式进行的,因此它可以非常有效地消除输入信号中的共模干扰。
(4)差分放大器具有非常高的输入阻抗和输出阻抗,可以很好地接收和传输信号。
2. 差分放大器的工作原理
在差分模式下,差分放大器内的两个输入信号每个信号的值类似于两个相反的变化,这是因为在差分模式下,差分放大器会将两个信号的差值进行放大,并将放大的结果输出。
当输入信号Vin+和Vin-的差值越大,对应着输出信号Vout的增益越大。因此,当两个输入信号的值相等时,输出信号的值为零。如果将Vin-与Vin+互换,输出信号的极性将发生翻转。这就意味着,如果两个差分信号中的任意一个信号发生变化,输出信号的差异也会随之发生变化。
在电路分析中,差分放大器的增益可以表示为下式:
Vout = Adiff(Vin+ - Vin-) = Adiff x Vdiff
其中,Adiff表示差分放大器的差分增益,而Vdiff表示差分信号的峰-峰值。
3. 差分放大器中的偏置电阻
差分放大器中的偏置电阻是用于调整放大器的工作状态的。如果偏置电阻的值增大,放大器的工作状态将趋向于单端模式或共模模式,而不是差分模式。
这就意味着在偏置电阻的值太高的情况下,放大器的灵敏度会降低并且大量的信号将无法被检测到。另一方面,偏置电阻的值变得很小,放大器将对小信号很敏感,但对于大信号,也会导致放大器进入非线性饱和状态。
4. 共模抑制比
差分放大器的共模抑制比是一个非常重要的属性,它可以用来衡量放大器的抑制共模干扰的能力。共模抑制比定义如下:
CMRR = 20 log10 (Adiff / Acomm)
其中,Adiff表示差分信号的增益,而Acomm表示共模信号的增益。
高共模抑制比的放大器可以允许信号通过,而抑制干扰信号。因此,差分放大器通常被用于高振荡环境下的电子设备中,例如飞机和船只的导航设备以及医疗设备。
总结
差分放大器作为一种基于差分模式的放大器电路,能够使输入信号的差值进行放大输出。它对传递和处理信号具有高度的共模抑制比、低噪声、高输入阻抗和高增益等特点。差分放大器的应用范围广泛,包括了信号放大、滤波、增益控制、传输等领域,并且在许多工业、医疗和科学应用中被广泛使用。
同时,要注意在设计差分放大器时,需要根据具体应用需求,选择适当的偏置电阻值和增益值,以及关注该放大器的共模抑制比值。
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