技术术语

2021/1/6 posted

差分放大器 (Differential Amplifier)

差分放大器是一个用于放大施加到两个输入的电压差的放大器。如图1所示，放大器的配置是使用两个具有相同特性晶体管，并将它们的发射极相连接。被施加于晶体管基极的电压差被放大。图2显示了图1中每个节点的波形。
图1中所示的差分放大器的电路输出利用负反馈电路，被进一步放大并施加。
高性能且低成本的差分放大器，也就是我们所说运算放大器，就因此而面市。

图1 差分放大器电路图

图2 各部分的波形

如果差分放大器的两个输入信号相同，则（差分）输出将几乎为零。也就是说 ，输入的同相噪声会大幅衰减，并且仅有信号部分被放大。 而降低这种同相噪声的能力被称为CMRR。
(技术用语：CMRR)

下面公式显示了将负反馈应用于差分放大器（运算放大器）时候的增益:

如图3所示

两个公式算出的输出电压eo为：

在这里，如果Ao・β 远大于1的话，

在施加了负反馈的时候，增益A 为

可见，增益由β的数值来决定。

图3 负反馈电路例

图1中所示电路为了能够拥有优良的差分特性，两个晶体管的匹配是至关重要的。因此，在实际的电路中，整体电路会被制成IC，或使用双晶体管等等，各部分都经过严格的选择并组合起来。
即使是具有不一致特性的单个晶体管也可以通过负反馈技术来强制平衡，从而实现良好的差分特性。（请参考图4）
NF的SA-420F5, SA-421F5和SA-430F5都是差分放大器，并通过上述方式实现了世界上最高水平的低噪声。

图4 各个部件都达到良好差分特性的差分放大电路

基板正反两侧均安装了8个FET                       

图5 实现了输入换算噪声低达0.5nV/√Hz的FET差分放大器： SA-421F5内部照片