典型差分放大电路与具有恒流源的差分放大电路比较中产生误差的原因

典型差分放大电路与具有恒流源的差分放大电路比较中产生误差的原因

差分放大电路是电子工程中常见的电路结构，广泛应用于信号处理和放大。本文将对比分析典型差分放大电路与具有恒流源的差分放大电路在实际应用中产生误差的原因，重点讨论共模抑制比、增益稳定性及输入失调等方面的技术差异。

一、典型差分放大电路概述

典型差分放大电路由两个对称的晶体管（如双极型晶体管）组成，它们的基极分别输入差分信号，集电极输出放大后的差分信号。在典型差分放大电路中，发射极通常是共用的，并且通过一个电阻 RE 连接到电源的负端。

二、具有恒流源的差分放大电路概述

具有恒流源的差分放大电路与典型差分放大电路的区别在于，其发射极的连接部分采用恒流源来代替普通的电阻 RE。恒流源能够提供一个相对稳定的电流，不受输入信号和其他外部因素的影响。

三、产生误差的原因

(一)共模抑制比(CMRR)方面

1.典型差分放大电路

在典型差分放大电路中，由于发射极电阻 RE 的存在，对共模信号有一定的抑制作用。但是，当温度变化或者电源电压波动时，RE 两端的电压会发生变化。例如，温度升高时，晶体管的电流会增加，RE 上的电压降也会增加。这会导致共模信号的抑制能力下降，因为共模信号会通过 RE 对输出产生影响。

对于共模输入信号，RE 的有限值会使共模增益不为零。设共模输入电压为 V ic，根据电路分析，共模输出电压
(这里假设电路参数对称且忽略晶体管的一些小参数影响)。可以看出，RE 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电路

恒流源具有很高的内阻，对于共模信号，恒流源相当于一个极大的电阻。所以，共模信号在恒流源上产生的电压变化几乎可以忽略不计，共模增益非常小。例如，理想恒流源的内阻为无穷大，共模信号无法通过恒流源对输出产生影响，共模抑制比可以达到很高的值。

在实际中，恒流源虽然不是理想的无穷大内阻，但相比典型差分放大电路中的 RE，其对共模信号的抑制能力要强很多。因此，在共模抑制比方面，典型差分放大电路相对于具有恒流源的差分放大电路会产生误差，主要是因为 RE 对共模信号的抑制效果不如恒流源。

(二)增益稳定性方面

1.典型差分放大电路

典型差分放大电路的差分增益
(这里 β 是晶体管的电流放大倍数，rbe是晶体管的输入电阻)。当温度变化时，和 RE都会发生变化。例如，温度升高时，β 会增大，rbe会减小，这都会导致增益发生变化。而且，由于 RE 上的电流受输入信号和温度等因素影响，其两端电压也不稳定，进一步影响增益的稳定性。

2.具有恒流源的差分放大电路

对于具有恒流源的差分放大电路，恒流源提供的电流相对稳定。其差分增益
(这里忽略了恒流源内阻的一些微小影响)。由于恒流源的稳定性，增益主要受晶体管参数β和 rbe 的影响。虽然 β 和 rbe 也会随温度变化，但相比典型差分放大电路，少了 RE相关因素的影响，增益的稳定性更好。所以，典型差分放大电路在增益稳定性方面会产生误差，是因为其增益受到更多不稳定因素的影响，而具有恒流源的差分放大电路中恒流源能提供相对稳定的工作条件。

(三)输入失调方面

1.典型差分放大电路

在典型差分放大电路中，由于两个晶体管不可能完全对称，以及 RE 的存在，会产生输入失调电压和输入失调电流。例如，两个晶体管的 β 值不完全相同，会导致在相同基极输入电压下，集电极电流不同。而且，RE上的电流分配也会受到晶体管参数差异的影响，进一步加剧输入失调现象。

当没有输入信号时，由于这些不对称因素，输出端可能会有一个非零的电压输出，这就是输入失调电压。输入失调电流是指两个输入晶体管基极电流的差值。

2.具有恒流源的差分放大电路

具有恒流源的差分放大电路中，恒流源可以在一定程度上减少输入失调现象。恒流源能够提供更稳定的偏置电流，使得两个晶体管的工作点更加稳定。虽然不能完全消除晶体管本身不对称带来的输入失调，但相比典型差分放大电路，由于恒流源对偏置电流的稳定作用，输入失调会减小。所以，典型差分放大电路在输入失调方面相对于具有恒流源的差分放大电路会产生误差，是因为其缺乏恒流源对偏置电流的稳定作用，更容易受到晶体管不对称性的影响。

本文原文来自普科科技