[科普中国]-差分电路

差分电路是具有“对共模信号抑制，对差模信号放大”特征的电路。

功能介绍差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的1。

1）三极管有一个温度特性，温度升高的时候，集电极电流会上升，反之下降。

2）如果两个三极管的特性十分接近(配对),，温度变化的时候，两个管子的集电极电流变化也会基本相同。

为了消除温度对电路的影响，可以设计一个特殊的电路来消除。下图中是没有差分的，温度升高的时候，电极电流将上升，流过集电极电阻的电流也升高。这样一来，集电极电阻两端的电压也会升高，Vcc不变，从而导致集电极电压下降，U1下降了。假设下降了v。

结果总的输出为U1-U2-v。U2是接地的等于零.，所以输出为U1-v。由于受温度升高的的影响，输出下降了v，影响到了放大器的性能。

右图是带差分的，温度升高的时候，同样U1会下降，但同时U2也下降了，假设U1受温度影响下降了v1。

U2受温度影响下降了v2，结果总的输出为（U1-v1)-(U2-v2)。

如果可以保证两个差分管的性能基本一致(配对的一个方面)，那v1和v2应该相同，也就是v1=v2。

再看总的输出（U1-v1)-(U2-v2)=U1-v1-U2+v2=U1-U2+v2-v1，因为v2=v1，所以输出为U1-U2。

结果，由于受温度影响而产生的电压变化v1.v2被消除了。差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的2。

原理一种单晶体管电流镜像与适当的负载相接合，其中结合了适当的开关集合，以实现比较器功能。具体地，差分电路包括单晶体管电流镜像，所述单晶体管电流镜像包括通过开关与晶体管相连的电容器以及通过各自独立的开关与电流镜像相连的两个电流源，与电容器开关一起操作电流源之一的开关，以便充电电容器，并且操作另一个电流源的开关，以便所述电路作为具有电流源负载的源极跟随放大器进行操作。因此，晶体管特性的空间分布不会影响比较器功能。

CMRR为了说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。

差分放大器影响CMRR的因素◇ 电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。

◇ 电路本身的线性工作范围——实际的电路其线性范围不是无限大的，当差模信号超出了电路线性范围时，即使正常信号也不能被正常放大，更谈不上共模抑制能力。实际电路的线性工作范围都小于其工作电压，这也就是为什么对共模抑制要求较高的设备前端电路也采用较高工作电压的原因。

差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如下图所示，假设V2为5V，V1为3V，则4V为共模输入。V2比共模电压高1V，而V1低1V。二者之差为2V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1和V2之间的有效电压差出现VOUT，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）3。

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学