差分放大电路的共模信号分析

共模信号分析

当两个输入端同时输入理想的共模信号时，即相当于将Vi1和Vi2短接并同时接到输入电压V s ，其re模型小信号交流等效电路如下图所示：

图9-02.07

下面我们分析这个差分放大电路对共模信号的响应：

• 共模放大系数：

由于差分放大电路完全对称，当Vi1和Vi2输入相同的信号（即共模信号）时，我们在图中一致用Vi表示，其输入电流Ib1和Ib2也是完全相同的，故在图中我们一致用Ib表示；且其在输出端产生的输出信号Vo1和Vo2也是完全相同的，故我们在图中一致用Vo表示。

输入电流Ib的计算式为：

上式的左右两端都有I b ，我们将其整理一下，将含Ib的项都归并到等式左边，可得：

输出电压Vo为：

因此，共模放大系数Ac为：

在上式中，通常re远小于R E ，且我们视 β ≈ β +1，故上式可近似为：

• 共模输入阻抗：

共模输入阻抗定义为：共模输入电压除以共模输入电流，其计算式为：

将上面算得的Ib的表达式代入，可得：

• 共模输出阻抗：

共模输出阻抗的计算方式和上面差模输出阻抗的计算方式相同，我们将差分放大电路看作一个整体，画出其和输出端子的关系，如下图所示：

图9-02.08

如果只使用其一个输出端子作为共模输出，容易看出其共模输出阻抗为：

** 3. 使用恒流源偏置**

一个好的差分放大电路，其差模放大系数Ad最好远大于共模放大系数A c ，根据我们前面算得的差模放大系数和共模放大系数的表达式：

由于re一般固定，要增大差模放大系数，只能靠增大R C ；而增大RC后，又会使得共模放大系数增大，为使共模放大系数减小，我们需要增大分母R E ，最好RE为无穷大。对于这种既需要有一定的直流电流通过、又希望交流等效电路中电阻为无穷大的情况，一般可以使用恒流源来实现。理想的的恒流源，其交流阻抗为无穷大；但是实际的恒流源都会带有一定的交流阻抗，表现为在理想恒流源旁边并联一个很大的电阻R o 。

使用实际恒流源偏置的差分放大电路如下图所示：

图9-02.09

其中，恒流源用来提供直流偏置电流。对于交流通路，恒流源的理想部分表现为断路，小信号交流电流全部都从Ro通过，这个Ro就相当于原来的交流等效电路中的R E 。由于Ro的阻值非常大，根据上面的共模放大系数的计算公式，可以使其共模放大系数非常小。

这种使用恒流源来改善电路性能的技巧经常用于IC芯片的设计中，而在分立元器件电路中使用这种技巧并不是很方便。因为每个BJT晶体管的参数会随器件品质而波动，因此每个电路你都要用可调电阻去把偏置电流调整到设计值，批量生产时，这个工作量会非常大。