差动放大电路如何抑制零点漂移

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差动放大电路

从直流分析,我们看到差动放大电路可视为两个完全相同的共射极放大电路以对称形式构成。这种特殊的结构如何抑制零点漂移呢?与它的对称结构有关,请看:

1、差模输入/双端输出

单刀双掷开关S1拨到位置3,构成典型差分放大电路。AB间设置输入信号源为10mV,频率1kHz。

差动放大电路

在A、B两点分别获得如图所示的输入信号(示波器1中的蓝色曲线为Q1基极输入信号,绿色曲线为Q2基极输入信号),像这样 大小相同、极性相反的输入信号称为差模输入 。示波器2中的红色曲线为负载RL两端获得的输出信号。

差动放大电路差动放大电路

万用表XMM1测得Q1与Q2两三极管的集电极电压,即双端输出电压有效值。

差动放大电路

所以典型差分放大电路对差模输入信号的电压放大倍数为:

差动放大电路

单刀双掷开关S1拨到位置1,构成恒流源式差分放大电路,AB间设置输入信号源为10mV,频率1kHz。

差动放大电路

此时对差模输入信号的电压放大倍数为:

差动放大电路

2、共模输入/双端输出

单刀双掷开关S1拨到位置3,构成典型差分放大电路。设置输入信号源为10mV,频率1kHz。

差动放大电路

在A、B两点分别获得如图所示的输入信号(示波器1中的蓝色曲线为Q1基极输入信号,绿色曲线为Q2基极输入信号),调整示波器Y轴位移可见两个输入波形完全相同,像这样大小相同、极性相同的输入信号称为共模输入。示波器2中的红色曲线为负载RL两端获得的输出信号。

差动放大电路差动放大电路差动放大电路

万用表XMM1测得Q1与Q2两三极管的集电极电压,即双端输出电压有效值。

差动放大电路

所以典型差分放大电路对共模输入信号的电压放大倍数为:

差动放大电路

可见,差分放大电路对共模输入信号的放大能力极小(约为0)。

单刀双掷开关S1拨到位置3,构成恒流源式差分放大电路:

差动放大电路

所以恒流源式差分放大电路对共模输入信号的电压放大倍数为:

差动放大电路

3、共模抑制比

由以上测量数据,典型差分放大电路的共模抑制比为:

差动放大电路

恒流源式差分放大电路的共模抑制比为:

差动放大电路

可见,恒流源式差分放大电路比典型差分放大电路的共模抑制比强。

看到这里,想必大家有些眉目了,差动放大电路之所以能抑制零点漂移,是因为对称的共射极放大电路相互补偿。

比如温度变化时,晶体管Q1与Q2产生完全相同的变化,可视为接受了相同的交流输入,则Q1与Q2的输出信号也完全一样,取Q1与Q2输出的差值为有效输出,明显有效输出为零,就是说由于温度变化而引起的晶体管静态工作点的变化在差动放大电路的输出端相互补偿(抵消)了,从而表现出对零点漂移(温漂)的抑制能力。

抑制能力用共模抑制比这个参数描述,计算放大如上。

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