【何谓差分式放大电路】差分式放大电路是一种具有两个输入端、一个或多个输出端的电子放大电路，其核心功能是放大两个输入信号之间的差值，同时抑制共模信号。它广泛应用于模拟集成电路中，特别是在运算放大器（Op-Amp）的设计中起着关键作用。该电路结构对称性高，具有良好的温度稳定性和抗干扰能力，因此在高精度测量、信号处理和通信系统中应用广泛。
一、差分式放大电路的基本概念
差分式放大电路也称为差动放大电路，它由两个对称的晶体管或运算放大器组成，通常以双端输入方式工作。其主要特点是：
- 差模增益高：对两个输入信号的差值进行放大。
- 共模抑制比高：对两个输入信号相同的共模成分抑制能力强。
- 输入阻抗高：适用于高阻抗信号源。
- 输出阻抗低：便于驱动后级电路。
二、差分式放大电路的结构类型
根据电路构成方式的不同，差分式放大电路可分为以下几种类型：
| 类型 | 结构特点 | 优点 | 应用场景 |
| 双端输入双端输出 | 两个输入端和两个输出端 | 差模增益高，共模抑制比好 | 高精度测量系统 |
| 双端输入单端输出 | 两个输入端，一个输出端 | 电路简单，成本低 | 简单信号处理 |
| 单端输入双端输出 | 一个输入端，两个输出端 | 对称性好，抗干扰强 | 模拟信号转换 |
| 单端输入单端输出 | 一个输入端，一个输出端 | 电路最简，易实现 | 基础放大应用 |
三、差分式放大电路的工作原理
差分式放大电路的核心在于其对称结构与电流镜技术的应用。当两个输入信号相等时，电路处于平衡状态，输出为零；当输入信号存在差异时，电路将放大这一差异，并输出相应的电压信号。其工作原理可概括为：
1. 输入信号差值被放大：电路对两个输入信号的差值进行放大。
2. 共模信号被抑制：电路对相同输入信号（共模信号）有较强的抑制能力。
3. 温度稳定性高：通过电流镜等技术，有效减少温度变化带来的影响。
四、差分式放大电路的主要参数
| 参数 | 含义 | 公式/说明 | ||
| 差模增益（Ad） | 放大两个输入信号差值的能力 | Ad = Vout / (V1 - V2) | ||
| 共模增益（Ac） | 放大两个输入信号相同部分的能力 | Ac = Vout / (V1 + V2)/2 | ||
| 共模抑制比（CMRR） | 差模增益与共模增益的比值 | CMRR = | Ad/Ac | |
| 输入阻抗（Rin） | 输入端对信号源的阻抗 | 通常较高，适合高阻抗信号源 | ||
| 输出阻抗（Rout） | 输出端对负载的阻抗 | 通常较低，便于驱动后续电路 |
五、差分式放大电路的应用
1. 运算放大器内部结构：大多数运算放大器均采用差分式输入结构。
2. 传感器信号调理：用于消除噪声和共模干扰。
3. 音频处理：提高信号信噪比，改善音质。
4. 工业控制系统：用于高精度数据采集与控制。
六、总结
差分式放大电路是一种具有高共模抑制能力和良好温度稳定性的放大电路，广泛应用于各种精密电子系统中。其结构对称、性能稳定，是现代电子技术中的重要组成部分。通过对差分式放大电路的理解和应用，可以有效提升系统的抗干扰能力和信号处理精度。
