典型差分放大電路與具有恒流源的差分放大電路比較中產(chǎn)生誤差的原因

　　一、典型差分放大電路概述

　　典型差分放大電路由兩個(gè)對(duì)稱的晶體管(如雙極型晶體管)組成，它們的基極分別輸入差分信號(hào)，集電極輸出放大后的差分信號(hào)。在典型差分放大電路中，發(fā)射極通常是共用的，并且通過(guò)一個(gè)電阻 RE 連接到電源的負(fù)端。

　　二、具有恒流源的差分放大電路概述

　　具有恒流源的差分放大電路與典型差分放大電路的區(qū)別在于，其發(fā)射極的連接部分采用恒流源來(lái)代替普通的電阻 RE。恒流源能夠提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的電流，不受輸入信號(hào)和其他外部因素的影響。

　　三、產(chǎn)生誤差的原因

　　(一)共模抑制比(CMRR)方面

　　1.典型差分放大電路

　　在典型差分放大電路中，由于發(fā)射極電阻 RE 的存在，對(duì)共模信號(hào)有一定的抑制作用。但是，當(dāng)溫度變化或者電源電壓波動(dòng)時(shí)，RE 兩端的電壓會(huì)發(fā)生變化。例如，溫度升高時(shí)，晶體管的電流會(huì)增加，RE 上的電壓降也會(huì)增加。這會(huì)導(dǎo)致共模信號(hào)的抑制能力下降，因?yàn)楣材Ｐ盘?hào)會(huì)通過(guò) RE 對(duì)輸出產(chǎn)生影響。

　　對(duì)于共模輸入信號(hào)，RE 的有限值會(huì)使共模增益不為零。設(shè)共模輸入電壓為 V ic，根據(jù)電路分析，共模輸出電壓(這里假設(shè)電路參數(shù)對(duì)稱且忽略晶體管的一些小參數(shù)影響)?？梢钥闯觯琑E 越小，共模增益越大，共模抑制比(CMRR = 差分增益/共模增益)就越小。

　　2.具有恒流源的差分放大電路

　　恒流源具有很高的內(nèi)阻，對(duì)于共模信號(hào)，恒流源相當(dāng)于一個(gè)極大的電阻。所以，共模信號(hào)在恒流源上產(chǎn)生的電壓變化幾乎可以忽略不計(jì)，共模增益非常小。例如，理想恒流源的內(nèi)阻為無(wú)窮大，共模信號(hào)無(wú)法通過(guò)恒流源對(duì)輸出產(chǎn)生影響，共模抑制比可以達(dá)到很高的值。

　　在實(shí)際中，恒流源雖然不是理想的無(wú)窮大內(nèi)阻，但相比典型差分放大電路中的 RE，其對(duì)共模信號(hào)的抑制能力要強(qiáng)很多。因此，在共模抑制比方面，典型差分放大電路相對(duì)于具有恒流源的差分放大電路會(huì)產(chǎn)生誤差，主要是因?yàn)?RE 對(duì)共模信號(hào)的抑制效果不如恒流源。

　　(二)增益穩(wěn)定性方面

　　1.典型差分放大電路

　　典型差分放大電路的差分增益(這里 β 是晶體管的電流放大倍數(shù)，rbe 是晶體管的輸入電阻)。當(dāng)溫度變化時(shí)，β， rbe 和 RE 都會(huì)發(fā)生變化。例如，溫度升高時(shí)，β 會(huì)增大，rbe 會(huì)減小，這都會(huì)導(dǎo)致增益發(fā)生變化。而且，由于 RE 上的電流受輸入信號(hào)和溫度等因素影響，其兩端電壓也不穩(wěn)定，進(jìn)一步影響增益的穩(wěn)定性。

　　2.具有恒流源的差分放大電路

　　對(duì)于具有恒流源的差分放大電路，恒流源提供的電流相對(duì)穩(wěn)定。其差分增益 (這里忽略了恒流源內(nèi)阻的一些微小影響)。由于恒流源的穩(wěn)定性，增益主要受晶體管參數(shù) β 和 rbe 的影響。雖然 β 和 rbe  也會(huì)隨溫度變化，但相比典型差分放大電路，少了 RE相關(guān)因素的影響，增益的穩(wěn)定性更好。所以，典型差分放大電路在增益穩(wěn)定性方面會(huì)產(chǎn)生誤差，是因?yàn)槠湓鲆媸艿礁嗖环€(wěn)定因素的影響，而具有恒流源的差分放大電路中恒流源能提供相對(duì)穩(wěn)定的工作條件。

　　(三)輸入失調(diào)方面

　　1.典型差分放大電路

　　在典型差分放大電路中，由于兩個(gè)晶體管不可能完全對(duì)稱，以及 RE 的存在，會(huì)產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流。例如，兩個(gè)晶體管的 β 值不完全相同，會(huì)導(dǎo)致在相同基極輸入電壓下，集電極電流不同。而且，RE 上的電流分配也會(huì)受到晶體管參數(shù)差異的影響，進(jìn)一步加劇輸入失調(diào)現(xiàn)象。

　　當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，由于這些不對(duì)稱因素，輸出端可能會(huì)有一個(gè)非零的電壓輸出，這就是輸入失調(diào)電壓。輸入失調(diào)電流是指兩個(gè)輸入晶體管基極電流的差值。

　　2.具有恒流源的差分放大電路

　　具有恒流源的差分放大電路中，恒流源可以在一定程度上減少輸入失調(diào)現(xiàn)象。恒流源能夠提供更穩(wěn)定的偏置電流，使得兩個(gè)晶體管的工作點(diǎn)更加穩(wěn)定。雖然不能完全消除晶體管本身不對(duì)稱帶來(lái)的輸入失調(diào)，但相比典型差分放大電路，由于恒流源對(duì)偏置電流的穩(wěn)定作用，輸入失調(diào)會(huì)減小。所以，典型差分放大電路在輸入失調(diào)方面相對(duì)于具有恒流源的差分放大電路會(huì)產(chǎn)生誤差，是因?yàn)槠淙狈懔髟磳?duì)偏置電流的穩(wěn)定作用，更容易受到晶體管不對(duì)稱性的影響。

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