差分電路的優(yōu)點是能夠使交流哼聲和噪聲明顯地減少。電力線的交流哼聲,是電子技術普遍的問題,特別對高增益放大器,50hz的電力網(wǎng)絡發(fā)射出能被敏感的電子線路接收的信號。如果,交流哼聲同時加到兩個輸入端,它不影響差動輸出。
圖13-4說明哼聲是如何影響有用信號,哼聲和噪聲可能比有用的信號更強,使有用信號變差。
圖13-5顯示一個含有噪聲差動信號。注意,加到兩個輸入端的哼聲信號的相位和幅度是相同的,稱作共模信號。在差分放大器中共模信號被極大地抑制。
在圖13-3中,如果共模信號以同一方向加在兩個輸入端。例如兩個輸入端都加正向信號,這樣兩個晶體管導通程度增加。當放大器用一個發(fā)射極電阻偏置時,兩個晶體管導通程度是一樣的。因此兩個晶體管的集電極電壓有些減少。但集電極電壓的變化量比用等值的差動信號輸入產(chǎn)生的集電極電壓的變化小很多。說明放大器對共模信號的增益比差動信號增益小。圖13-5顯示,含有同相交流哼聲的差動信號加于差分放大器的兩個輸入端,它的輸出端沒有共模信號。
如果在圖13-3中的發(fā)射極電阻用恒流源代替,兩個輸入端加上一個共模信號時,晶體管保持同樣電流。因為電流不變,兩個集電極電壓都不變。理想情況下,輸入共模信號時,輸出信號是零。這種理想情況不會出現(xiàn),因為這就要求晶體管和電阻絕對的對稱。同樣,理想的恒流源也是不存在的,在共模信號輸入時,電流總要發(fā)生輕微的變化。
實際上,差分放大器不是完全對稱的。例如兩個晶體管的增益稍微有些不同。這意味著輸出端有一些共模信號。對共模信號的抑制能力被稱作共模抑制比(cmrr):
cmrr= a u(dif) /acm
這里 au(dif)= 放大器對差動信號單端輸出的電壓增益(通常差分放大器的增益指單端輸出)
acm=放大器對共模信號單端輸出的電壓增益
假設共模輸入ucmin=1v,輸出ucmo0.05v。共模電壓增益是:
acm = 0.05v /1v = 0.05
同樣,假設差動輸入udin =0.1v, 輸出udo =10v。差動電壓增益是:
au(dif) =udo/udin= 10v /0.1v = 100
放大器的共模抑制比是: cmrr=100/0.05 =2000
放大器對差動信號的放大倍數(shù)是共模信號的放大倍數(shù)的2000倍。共模抑制比常常用分貝單位:
cmrr(db) = 20×log 2000= 66db
例1
放大器的差動增益是30db,共模增益是-26db。此放大器的共模抑制比是多少?
當差動增益和共模增益用分貝表示時,共模抑制比可以用減法來計算。
cmrr= 30db-(-26)db=56db
某些差分放大器的共模抑制比超過100db。它們能有效地抑制共模信號。