差分放大电路的基本原理 差分放大电路如何抑制共模电压

在CML电路中，差分输入和差分输出电路都使用了电流源进行偏置，目的是为了在提高共模电压抑制比的同时提供一个稳定的直流工作点。具体原理将在本文简述。

1. 差分放大电路的基本原理

基本的三极管放大电路如图1所示，由于三极管自身特性原因，在三极管放大电路中，存在温度漂移现象，在多级放大电路中，若不对温漂进行抑制，温漂造成的误差就会一级一级放大，导致整个放大电路无法正常工作，差分放大电路由此引入。

图1 三极管放大电路

实际上，在图1 的电路中，发射极电阻Re就有克服温漂的作用，当温度上升导致基极电流上升时，集电极电流随之变大，Re上的压降也随之增大，从而使be间的压降减小，基极电流随之降低。这是一个负反馈的过程，负反馈的效果和反馈深度相关，显然，这个系统中，Re的值越大，负反馈的效果越好。但是，Re的增大带来后果是Re上的压降会增大，从而导致三极管的静态工作点上移，三极管的放大能力就收到了影响，在不想损失三极管放大能力的基础上克服温漂问题，使用差分放大电路就成了一个不错的选择。

图2 差分放大电路

差分放大电路如图2所示，电路使用完全对称的设计，用一对三极管放大电路输出的差作为输出，有效解决了温漂问题。原理如下：当温漂产生时，由于三极管放大电路对的电路参数完全一致，所以温漂对两者产生的影响也是一样的，这样一来，输出的变化避让也是相同的，使用两者的输出的差做为电路的输出，即可有效地过滤温漂的影响。

2. 差分放大电路如何抑制共模电压

将差分放大电路的Re合二为一，即可得到如图三所示的长尾式差分放大电路。所谓共模信号，即是指大小相等，极性相同的信号，差模信号则是大小相等，极性相反的一组信号。在差分放大电路中，若输入共模信号由于两者的作用是相同的，Vout+和Vout-的变化也相同，导致Vout不受影响（理想情况），从而抑制了共模信号的放大，温度就是一种共模信号。实际上，电路参数总是存在差异，所以，放大电路一般会用共模抑制比来表征电路对共模信号的抑制能力，共模抑制比越大，电路对共模信号的抑制能力越强。

图3 长尾式差分放大电路

3.为什么要使用偏置电流源取代发射极电阻Re

图4 使用电流源偏置的差分放大电路

使用电流源偏置的差分放大电路如图4所示，CML电路中使用的就是这种电路。使用电流源偏置的差分放大电路有两个好处，一是提高共模抑制比，二是给电路提供一个稳定的直流工作点，原理如下：

前述，Re阻值越大，电路对共模信号的抑制能力越强，电流源的阻抗是很大的，在电路分析中，常把电流源视作开路处理。因此，电流源的阻抗能给电路带来极强的共模制能力，提高电路的共模抑制比。从另一个角度说，电流源的电流是固定的，温漂造成的基极电流放大无法导致输出集电极电流的变化，从而抑制的共模信号的影响。另一方面，电流源不会影响放大电路的静态工作点，由于集电极电流约等于发射极电流，而发射极电流是固定的，因此，电路的静态工作点便是稳定的。