關(guān)于差分放大電路中輸入阻抗不平衡問(wèn)題分析
?。╝)射極偏置差放 (b)電流源偏置差放
差放有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子,因此信號(hào)的輸入和輸出均有雙端和單端兩種方式。雙端輸入時(shí),信號(hào)同時(shí)加到兩輸入端;單端輸入時(shí),信號(hào)加到一個(gè)輸入端與地之間,另一個(gè)輸入端接地。雙端輸出時(shí),信號(hào)取于兩輸出端之間;單端輸出時(shí),信號(hào)取于一個(gè)輸出端到地之間。因此,差動(dòng)放大電路有雙端輸入雙端輸出、單端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入單端輸出四種應(yīng)用方式。上面兩個(gè)電路均為雙端輸入雙端輸出方式。
差分放大電路的輸入電阻分析
圖1經(jīng)典差分電路輸入電阻分析
同時(shí)假設(shè)以下條件成立:
?。?)運(yùn)放理想
?。?)電阻匹配,設(shè)R1=R2=R3=R4=10KΩ
設(shè)RIN_V2、RIN_V1分別為電路中,從V2端和V1端看進(jìn)去的輸入電阻。
如圖1所示,V2端的輸入電阻比較簡(jiǎn)單,可以直接看出RIN_V2=R3+R4,由于運(yùn)放的3端沒(méi)有電流進(jìn)入,因此可以得到:
RIN_V2=R3+R4
=20KΩ
下面重點(diǎn)分析RIN_V1是如何得到的:
假設(shè)在V1端加入信號(hào)源V1,在V1的輸入端產(chǎn)生了電流I,則理論上來(lái)說(shuō),RIN_V1可以表示為:
RIN_V1=U/I
從圖3中可以得到:
I=(U-VN)/R1
而VN=VP=V2*R4/(R3+R4)
由式(16)~(18)可以得到:
RIN_V1=V1*(R3+R4)*R1/(V1*R3+V1*R4-V2*R4)
代入式(8)~(9)并整理,得到:
RIN_V1=(2*K2-K1(R3+R4)*R1)/((2*K2-K1)(R3+R4)-(2*K2+K1)R4)----(20)
K1=V2-V1-------------------VCOM兩組輸入信號(hào)之間的差模信號(hào)
K2=(V2+V1)/2--------------VDEF表示兩組信號(hào)之間的共模信號(hào)
從式(20)可以看出,影響RIN_V1取值大小與電阻值、差模信號(hào)VDEF、共模信號(hào)VCOM的大小相關(guān)。
現(xiàn)考慮一種簡(jiǎn)單的情況,設(shè)共模信號(hào)VOCM為零,即K2=0。
帶入式(20)中,可以得到:
RIN_V1=K1*(R3+R4)*R1/(K1(R3+R4)+K1R4)
=(R3+R4)*R1/(R3+2*R4)
=6.666KΩ
總結(jié):
?。?)由運(yùn)放和分離電阻組成的差分電路的性能與運(yùn)放、電阻匹配度等有關(guān),在實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮各方面因素。
?。?)差分放大電路的兩個(gè)輸入端的輸入電阻值不一致,影響差分放大電路的性能。
正是由于經(jīng)典差分放大電路的缺點(diǎn),才有了性能更好的差分放大器、儀表放大器等出現(xiàn)。