差分放大器在集成运放中的主要作用

1. 引言

差分放大器是一种特殊的放大器，它能够放大两个输入信号之间的差值，而抑制共模信号。这种特性使得差分放大器在许多应用中具有优势，如信号放大、滤波、比较等。在集成运放中，差分放大器作为输入级，对信号进行初步放大和处理，为后续的放大和处理提供高质量的信号源。

2. 差分放大器的工作原理

2.1 差分放大器的基本结构

差分放大器由两个晶体管组成，它们的基极分别连接到两个输入端，发射极连接到共同的电阻，集电极分别连接到各自的负载电阻。这种结构可以看作是两个共射放大器的组合，它们共享一个公共的发射极。

2.2 差分放大器的工作原理

差分放大器的工作原理基于两个晶体管的电流变化。当两个输入端的电压发生变化时，两个晶体管的基极-发射极电压也会发生变化，从而影响它们的基极电流。由于两个晶体管的发射极连接在一起，它们的基极电流之差将流过共同的发射极电阻，产生一个电压差，这个电压差就是差分放大器的输出。

2.3 差分放大器的特点

差分放大器具有以下特点：

（1）高输入阻抗：由于两个晶体管的基极电流非常小，差分放大器的输入阻抗非常高。

（2）高增益：差分放大器的增益取决于负载电阻和发射极电阻的比值，可以设计得非常高。

（3）低噪声：由于差分放大器只放大两个输入信号之间的差值，而抑制共模信号，因此具有较低的噪声。

3. 差分放大器的电路结构

3.1 基本差分放大器

基本差分放大器由两个晶体管、一个发射极电阻和两个负载电阻组成。这种结构简单，但存在一些问题，如输入偏置电流和失调电压。

3.2 改进型差分放大器

为了解决基本差分放大器的问题，可以采用改进型差分放大器。改进型差分放大器在基本差分放大器的基础上，增加了一些元件，如偏置电路、恒流源等。

3.2.1 增加偏置电路

为了消除输入偏置电流的影响，可以在两个晶体管的基极之间增加一个偏置电阻，使得两个晶体管的基极电流相等。

3.2.2 增加恒流源

为了提高差分放大器的稳定性和线性度，可以在发射极电阻上增加一个恒流源。恒流源可以保证发射极电流的稳定性，从而提高差分放大器的性能。

3.2.3 增加共模抑制电路

为了进一步提高差分放大器的共模抑制能力，可以在电路中增加共模抑制电路。共模抑制电路可以有效地抑制共模信号，提高差分放大器的性能。

4. 差分放大器的性能指标

4.1 增益

差分放大器的增益取决于负载电阻和发射极电阻的比值。增益越高，放大能力越强，但同时也会增加噪声和失真。

4.2 输入阻抗

差分放大器的输入阻抗取决于两个晶体管的基极电阻。输入阻抗越高，对信号源的负载影响越小，但同时也会增加噪声。

4.3 共模抑制比

共模抑制比是差分放大器抑制共模信号的能力，通常用分贝（dB）表示。共模抑制比越高，差分放大器的性能越好。

4.4 线性度

线性度是差分放大器在放大过程中信号失真的程度。线性度越高，差分放大器的性能越好。

4.5 带宽

带宽是差分放大器能够处理的信号频率范围。带宽越宽，差分放大器的应用范围越广。