差分放大电路的基本结构 长尾式差分电路的工作原理

1、什么是差分信号？为什么要用差分信号？

两个芯片要通信，我们把它们用一根导线连接起来，一个传输1，另一个接受1，一个传输0，另一个接受0，不是很好吗？为什么还要搞其他的花花肠子。

因为有干扰，各种各样的干扰，比如温度，电磁辐射等等，这些干扰使得传输的1不再是理想的1，传输的0也不再是理想的0，但是这些干扰几乎都有一个共同的特点，就是它对这条导线的干扰和它对这条导线附近导线的干扰是一样的。

利用这个特点，我们用两个导线传输信号，一条导线传输我们要传输的信号1010，另一条导线传输和他相反的信号0101，在接收端，我们把这两个信号做差，那么就会接收到1 -1 1 -1这样的信号，再通过电平转换或其他的手段就可以恢复出1010这个我们要传输的信号。干扰在做差的过程中被消除掉了。

2、差分放大电路基本结构

所有的电子元器件的特性都会受到温度的影响，其中半导体材料受到影响的程度最大。对于PN结来说，温度系数为-2.5mV/°C，表示温度每升高1°C，二极管或三极管的管压降就会降低2.5mV，可以想象，温度高到一定程度的时候，二极管的正向导通反向截止的特性也就不存在了，所有的半导体都无法正常工作了。

在共射放大电路中，温度的变化会产生三极管基极和发射极之间电压的变化△Ube，这种现象成为“温漂”。

差分电路基本结构

利用差分信号的思想，我们建立上面电路图，输入端（Ui1-Ui2），输出端（Uo1-Uo2），就可以解决温漂的问题。温漂干扰在做差的过程中被消除掉了。

3、长尾式差分电路

长尾式差分电路

一个更实用的设计是采用长尾式差分电路，如图所示，这个电路可就厉害了，它可以单端输入，单端输出，放大倍数是普通共射放大电路的1/2倍。单端输入，差分输出，放大倍数是普通共射放大电路的1倍。差分输入，单端输出，放大倍数是普通共射放大电路的1。差分输入，差分输出，放大倍数是普通共射放大电路的2。这个电路之所以强大，是因为当温度变化时，产生了△Ube，但是它通过引入一个恒流源补偿△Ube，从而使Re两端的电压保持不变，这样流过Re的电流也不变，导出流过Rc的电流不变，最终输出的Vo不变。推导细节如下：

公式1

其中，ui表示输入信号，ube表示三极管基极和集电极之间的电压差，它是温度的函数。现在我们只考虑温漂，ui保持不变。只看温度变化对输出的影响。对这个式子两端求导可得下式，这个式子表明温漂引起的△Ube会被△Ve所补偿。

公式2

长尾式差分电路的仿真结果如下，从结果可以看出当单端信号输入时，单端输出的放大倍数是普通共射放大电路的1/2。放大倍数可以利用公式1对Ui求导推出，这里不再推导。