差分放大器的輸入阻抗計算

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差分放大器的輸入阻抗計算

發表於 2019-07-17 09:53:15

1、基本差分放大電路

（1）　基本結構

差分放大電路是由對稱的兩個基本放大電路，通過射極公共電阻耦合構成的，如圖1所示。

對稱的含義是兩個三極體的特性一致，電路參數對應相等，具有相同的靜態工作點。

圖1差動放大原理電路

（2） 電路抑制零點漂移

當環境溫度變化引起兩管集電極電流都發生變化時，兩管集電極電位亦隨之改變，使每管的輸出都產生了零點漂移。由於電路的對稱性，兩者的漂移是同向的，即同時增大或同時減小，且增量也相等，因此，在輸出端將互相抵消而被完全抑制，使輸出u0維持原值而為零。

（3）三類輸入信號——共模、差模、任意輸入

共模輸入信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相同的信號，即ui1=ui2，uo=0;

差模輸入信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相反的信號，即ui1=-ui2，uo=ΔVc1-ΔVc2

差分放大電路僅對差模信號具有放大能力，對共模信號不予放大。

任意輸入信號是指在兩個輸入端加入任意大小和極性的輸入信號。 任意輸入信號可以分解為一對共模信號和一對差模信號的組合。

差放電路的主要技術指標：電壓放大倍數和共模抑制比。雙端輸出時，差模電壓放大倍數與單管放大時相等，單端輸出則為單管放大的二分之一;雙端輸出時，共模電壓放大倍數，理想情況系下為零，單端輸出時，共模電壓放大倍數很小。

差分放大器的輸入阻抗計算

差分放大器的輸入阻抗可以分三個：①差模輸入阻抗②共模輸入阻抗③每個埠的單端輸入阻抗。下面分別對應兩種差分放大器進行計算

一、差分輸入、單端輸出

圖1. 差分輸入、單端輸出放大器

簡化示意圖如下圖所示：

圖2. 簡化電路示意圖

①差分輸入阻抗

差分輸入阻抗Rid的定義是輸入端的電壓變化量除以電流變化量即Rid=△v/△i≠v/i 。由上圖可知Zid=Z1+Z2，對應圖1電路，差分輸入阻抗Rid=R1+R2，電阻匹配的情況下有R1=R2，因此有

Rid=2R1

②共模輸入阻抗

共模輸入阻抗的定義為共模電壓源上給測試信號v，對應流出電流為i，則Ric=v/i，注意測試信號給的位置是在Vc上。由圖2可得Ric=Z1||Z2+Z3，電阻匹配情況下R1=R2，Rf=Rg，因此有：

Ric=½R1+½Rf

以上結果與佛朗哥《基於運算放大器和模擬集成電路的電路設計》P.63的結論是一樣的，下面計算此書中未提及的每個埠看進去的輸入阻抗。

③單個埠的輸入阻抗

V2端（同相端）的輸入阻抗Ri2=R2+Rg（顯然）；將V2接地，V1端（反相端）的輸入阻抗Ri1=R1+Rf。注意兩個埠看進去的輸入阻抗是不同的！

二、差分輸入、差分輸出

圖3. 差分輸入、差分輸出放大器

對於差分輸入、差分輸出的放大器，其差模輸入阻抗和共模輸入阻抗與圖1的計算方法與計算結果都相同，Rid=2Rg，Ric=（Rg+Rf）/2。這种放大器經常用於差分信號轉換為單端信號，通常將同相端接地，反相端輸入信號，這就需要計算從同相端看進去的單埠輸入阻抗。將-Din接地，+Din給一個測試信號VT，流入放大器的電流為IT，運用虛短、虛斷公式（注意Vout為+½Vo和-½Vo），有：

虛短、虛斷公式

得到輸入阻抗為：

計算得到的結果

注意，ADI應用手冊AN-0990中的算結果：

ADI計算的結果

注意這與我計算的結果是一樣的，這就是差分輸入、差分輸出放大器的單端輸入阻抗。

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