差動放大電路又叫差分放大電路，它除了能放大交流信號，也能放大直流信號，還能有效地減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化而引起的零點漂移(溫度漂移)，因而獲得廣泛的應用。差分放大電路是架在晶體管與芯片之間的“橋梁”，比如在運算放大器的初級(輸入端)，一般來說會有差分放大電路。

(資料圖)

與之前學習的晶體管放大電路相比，差分放大電路形態上最大的特點是兩個輸入，兩個輸出。所謂差分，指的是電路放大的是兩個輸入的電壓差。之前的放大電路都是放大交流信號，差分放大電路可以放大電壓差，即不但可以放大交流信號，也可以放大直流信號。我們本節將觀察輸入1KHz，100毫伏峰峰值)的正弦波時，在兩個輸出端各有什么現象。

差分放大電路是在共射極放大電路上改進得到的，它需要2個三極管像“鏡子”一樣工作：一樣的型號，一樣的外圍電路，一樣的工作特性(放大倍數，發射結電壓，溫度特性都相同)。

電流源與負電源

在電路圖中，三極管Q3基極與發射極的電壓VBE3是不變的，偏置電阻R5與R7的值也不變，R5與R7經過分壓得到的基極電位VB3隨之也能確定下來，R6的阻值也確定，那么Q3的基極與發射極之間的電流IC3也是一定的——它只取決于Q3的工作狀態，與輸入的信號幾乎沒有任何關系。分析IC3的方向，是“從上到下”，電流流入Q3的集電極，所以我們也稱Q3將吸取電流，且電流大小不變，所以，Q3是作為恒流源來工作的。

所謂恒流源，顧名思義，是電流大小保持不變，而理想的恒流源應該具有以下特點：

1、輸出電壓不因負載變化而改變;

2、不因環境溫度變化而改變;

3、內阻為無限大(以使其電流可以全部流出到外面)。

此處的Q3，作用就是保證吸取的集電極電流大小是不變的。這個結論是分析Q1與Q2工作的橋梁，非常重要。也是理解這個電路的關鍵

觀察原理圖還可以發現，電路中使用了-5V的電源。這是為了保證Q1與Q2的基極電壓是0V，以實現直流的放大。此時，輸入端也無需耦合電容了。如果不使用負電源，那么輸入端需要耦合電容，就不能放大直流;同時Q1與Q2的基極偏置電路設計也會變得非常麻煩。所以一般使用負電源來進行設計。

兩個共射放大電路

差分放大電路的工作秘密在于使用了Q3作為電流源，由于吸取的集電極電流大小是不變的，那么流過Q1與Q2的電流的和就確定了。

由于Q1與Q2的工作特性(理論上來講)完全一致，所以，在沒有任何輸入信號的時候，各自的發射極電流也相等。如果設電流源的吸收的電流是2IE的話：

如果在“輸入信號A”加正電壓，“輸入信號B”輸入0V，那么IE1將會變大，假設IE1的增加量為ΔI，那么IE2的減小量也是ΔI，電流的變化將以壓降的形式從電阻R1與R2上取出，如果電流的變化大小相同，方向相反，那么R1與R2上電壓的變化量也一定大小相同，方向相反。

對于Q1組成的放大電路(這是一個共射極放大電路)，“輸出信號A”與“輸入信號A”相比，波形被反相放大;對于Q2組成的放大電路，雖然此時“輸入信號B”沒有信號，但是“輸入信號A”帶來的電流變化將會通過恒流源影響到Q2集電極電流的變化，進而影響“輸出信號B”的電壓，“輸出信號B”的變化情況與“輸出信號A”的變化情況正好相反，所以“輸出信號A”與“輸入信號A”相比，將會實現同相放大，且放大的倍數與“輸出信號A”相同。

如果我們把“輸出信號A”減去“輸出信號B”的結果作為電路的最終輸出，最終輸出的幅值是單個輸出的2倍。理論上來講，共射放大電路的放大倍數應該是RC/RE，此電路沒有RE，放大倍數應當是接近三極管自身放大倍數hFE，實際上由于恒流源對于發射極電流的制約，所以電路的放大倍數還受到恒流源工作狀態的影響。理論分析放大倍數比較復雜，可以通過實驗測量放大倍數。

對信號的差進行放大

該電路的兩路輸出，都是由于集電極電流(約等于發射極電流)大小變化，導致了R1或R2上壓降變化。由于恒流源的限制，左右兩個共射放大電路的發射極電流之和已經確定，在兩端輸入不同的電壓時，兩路的發射極電流此消彼長，最終導致了兩路輸出的信號振幅完全相同，相位相反。

如果兩路輸入了相同的信號，輸出會發生怎樣的變化?

假設兩路輸入的信號完全一樣，那么Q1與Q2的基極電壓VB始終是一樣的;Q1與Q2的發射極是連在一起的，所以Q1與Q2的發射結電壓始終相同。假設Q1的發射極電流IE1可以增大，那么Q2的發射極電流IE2也可以增大，但是兩個電流的和卻已經確定了。所以，兩個發射極的電流都不會變化，由電流經過電阻產生的輸出也不會變化。所以如果兩路輸入了相同的信號，輸出0V。這個工作結果，可以說明差分放大電路會對兩個輸入之間的差進行放大。

在之前的課程中，我們總是把發射結的壓降VBE作為一個常量，一般算做0.6V。但實際上，發射結的壓降VBE不是常量，會隨著集電極電流IC(約等于發射極電流IE)的變化而變化。

Q1與Q2的發射極是連在一起的。如果Q1基極加正電壓，Q2基極保持0V，那么實際上Q1的VBE將會大于Q2的VBE。我們已經知道了，假設IE1的增加量為ΔI，那么IE2的減小量也是ΔI，那么由于IE與VBE有對應關系，所以如果VBE1的增加量為ΔVBE，那么IE2的減小量也是ΔVBE。實際上，電路輸出的變化量，也等于ΔVBE乘上電路的增益。共射極放大電路本身就是以發射極電位為基準進行放大的。通過分析ΔVBE，也可以解釋差分放大的原理。

如果差分放大電路的兩個三極管本身的VBE不一樣，那么在輸出端會產生兩個VBE間的電壓差乘以增益之后的電壓，這個電壓是個誤差，正常工作狀態下不希望看到，所以兩個三極管VBE的值要完全一致。

基極-發射極電壓VBE也容易受到溫度影響，三極管的常見的溫度系數是-2.5mV/℃，(如果電路板工作的溫度變化了100攝氏度，那么VBE可能變化了250mV，這就是之前的設計中始終為發射極電壓留有裕量的原因)因此兩個三極管的溫度特性也要完全一樣。如果三極管的溫度特性完全一樣，兩個三極管的VBE的溫度變化會相互抵消，不會在輸出中出現。有效的減小晶體管隨溫度變化而引起的零點漂移(溫度漂移)，是差分放大電路的優點之一。

直流電位分析與電阻取值

取Q1與Q2集電極的電流為0.1mA，則Q3集電極的電流為0.2mA。設定VR6=2V，VR1=VR2=2.2V即可算出電路中所有的電阻的取值，與直流電位的情況。

根據共射極放大電路的知識，不難猜出其中R1與R2是輸出阻抗，R3與R4是輸入阻抗。

直流電位分析與電阻取值

以下是輸入1KHz，100mV的正弦波，使用雙通道示波器觀察兩路輸出，并且用函數功能，觀察“輸出信號A-輸出信號B”的波形。