差分電路是具有“對共模信號抑制，對差模信號放大”特徵的電路。
基本介紹
- 中文名：差分電路
- 外文名：difference channel
- 三極體：有一個溫度特性,
- 消除溫度：可以設計一個特殊的電路來消除
- 集電極電阻：兩端的電壓也會升高，Vcc不變
功能介紹,原理,CMRR,差分放大器影響CMRR的因素,
功能介紹
差分電路是具有這樣一種功能的電路。該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。構想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。
1）三極體有一個溫度特性，溫度升高的時候，集電極電流會上升，反之下降。
2）如果兩個三極體的特性十分接近(配對),，溫度變化的時候，兩個管子的集電極電流變化也會基本相同。
為了消除溫度對電路的影響，可以設計一個特殊的電路來消除。下圖中是沒有差分的，溫度升高的時候，電極電流將上升，流過集電極電阻的電流也升高。這樣一來，集電極電阻兩端的電壓也會升高，Vcc不變，從而導致集電極電壓下降，U1下降了。假設下降了v。
結果總的輸出為U1-U2-v。U2是接地的等於零.，所以輸出為U1-v。由於受溫度升高的的影響，輸出下降了v，影響到了放大器的性能。
右圖是帶差分的，溫度升高的時候，同樣U1會下降，但同時U2也下降了，假設U1受溫度影響下降了v1。
U2受溫度影響下降了v2，結果總的輸出為（U1-v1)-(U2-v2)。
如果可以保證兩個差分管的性能基本一致(配對的一個方面)，那v1和v2應該相同，也就是v1=v2。
再看總的輸出（U1-v1)-(U2-v2)=U1-v1-U2+v2=U1-U2+v2-v1，因為v2=v1，所以輸出為U1-U2。
結果，由於受溫度影響而產生的電壓變化v1.v2被消除了。差分電路是具有這樣一種功能的電路。該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。構想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。
原理
一種單晶體管電流鏡像與適當的負載相接合，其中結合了適當的開關集合，以實現比較器功能。具體地，差分電路包括單電晶體電流鏡像，所述單電晶體電流鏡像包括通過開關與電晶體相連的電容器以及通過各自獨立的開關與電流鏡像相連的兩個電流源，與電容器開關一起操作電流源之一的開關，以便充電電容器，並且操作另一個電流源的開關，以便所述電路作為具有電流源負載的源極跟隨放大器進行操作。因此，電晶體特性的空間分布不會影響比較器功能。
CMRR
為了說明差分放大電路抑制共模信號及放大差模信號的能力，常用共模抑制比作為一項技術指標來衡量，其定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數Aud與對共模信號的電壓放大倍數Auc之比，稱為共模抑制比，英文全稱是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用簡寫CMRR來表示，符號為Kcmr，單位是分貝db。
差分放大器影響CMRR的因素
◇ 電路對稱性——電路的對稱性決定了被放大後的信號殘存共模干擾的幅度，電路對稱性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信號（干擾）的能力也就越差。
◇ 電路本身的線性工作範圍——實際的電路其線性範圍不是無限大的，當差模信號超出了電路線性範圍時，即使正常信號也不能被正常放大，更談不上共模抑制能力。實際電路的線性工作範圍都小於其工作電壓，這也就是為什麼對共模抑制要求較高的設備前端電路也採用較高工作電壓的原因。
差動放大器的一項重要功能是抑制兩路輸入的共模信號。如下圖所示，假設V2為5V，V1為3V，則4V為共模輸入。V2比共模電壓高1V，而V1低1V。二者之差為2V，因此R2/R1的“理想”增益施加於2V。如果電阻非理想，則共模電壓的一部分將被差動放大器放大，並作為V1和V2之間的有效電壓差出現VOUT，無法與真實信號相區別。差動放大器抑制這一部分電壓的能力稱為共模抑制（CMR）。該參數可以表示為比率的形式（CMRR），也可以轉換為分貝（dB）。
圖1