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全差分放大器和差分放大器的原理图

来源:
2025-06-10
类别:基础知识
eye 1
文章创建人 拍明芯城

以下是全差分放大器和差分放大器原理图的对比说明,避免使用公式和具体示例,聚焦于电路结构和核心差异:


一、差分放大器原理图

1. 基础结构

QQ_1749518663065.png

  • 输入端:两个输入端(Vin+ 和 Vin-)接收差分信号。

  • 输出端:仅有一个输出端,输出信号是相对于地(GND)的单端电压。

  • 核心元件

    • 差分对(如双极型晶体管或MOSFET),用于放大差分信号。

    • 负载电阻(或电流源),将电流变化转换为电压输出。

2. 工作原理

  • 差分信号放大:Vin+ 和 Vin- 的电压差被差分对放大,输出为单端电压。

  • 共模抑制:通过差分对的对称性抑制共模信号,但单端输出限制了共模抑制能力。

3. 特点

  • 结构简单:电路设计相对简单,成本较低。

  • 单端输出:输出信号直接参考地,适合单端信号处理。

  • 共模抑制比(CMRR)有限:受限于单端输出的结构,共模抑制能力较弱。


二、全差分放大器原理图

1. 基础结构

QQ_1749518676065.png

  • 输入端:两个输入端(Vin+ 和 Vin-)接收差分信号。

  • 输出端:两个输出端(Vout+ 和 Vout-),输出信号为两者之间的差分电压。

  • 核心元件

    • 完全对称的差分对和负载网络(如电流镜或电阻网络)。

    • 共模反馈(CMFB)电路(图中未显示,但实际设计中必不可少),用于稳定共模输出电压。

2. 工作原理

  • 差分信号放大:Vin+ 和 Vin- 的电压差被差分对放大,输出为双端差分信号。

  • 共模抑制:通过对称结构和CMFB电路,显著提高共模抑制能力。

  • 共模反馈:CMFB电路监测共模输出电压,并调整电路参数以保持共模电压稳定。

3. 特点

  • 结构对称:所有元件(晶体管、电阻)必须严格匹配,以确保性能一致。

  • 双端输出:输出信号为差分形式,适合差分信号传输。

  • 高共模抑制比(CMRR):通过对称结构和CMFB电路,有效抑制共模噪声。

  • 输出摆幅大:双端输出可提供更大的摆幅,且不受单端输出的限制。


三、核心区别总结


特性差分放大器全差分放大器
输出形式单端输出双端输出
共模抑制能力较弱(受限于单端输出)较强(对称结构 + CMFB)
输出摆幅较小,受限于电源和负载较大,双端输出
共模反馈(CMFB)不需要必须(稳定共模输出电压)
电路复杂度较低较高(需严格匹配和CMFB)
应用场景低速、低精度、单端信号处理高速、高精度、差分信号传输



四、设计注意事项

  1. 差分放大器

    • 输入电阻匹配:确保 Vin+ 和 Vin- 的输入阻抗一致,以提高共模抑制能力。

    • 负载匹配:负载电阻(或电流源)应匹配,以减少失真。

  2. 全差分放大器

    • 严格对称性:所有元件(晶体管、电阻)必须严格匹配,以确保性能一致。

    • CMFB 设计:需设计合适的共模反馈电路,稳定共模输出电压。

    • 电源噪声抑制:采用差分供电或滤波电路,减少电源噪声对输出的影响。


五、结论

  • 差分放大器:适合低成本、低复杂度应用,但共模抑制能力和输出摆幅受限。

  • 全差分放大器:适合高性能应用,提供更高的共模抑制能力、更大的输出摆幅和更好的噪声抑制能力,但设计复杂度更高。

根据具体应用需求(如精度、速度、成本),选择合适的放大器类型。


责任编辑:Pan

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标签: 全差分放大器

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