共模信號分析

當兩個輸入端同時輸入理想的共模信號時，即相當于將Vi1和Vi2短接并同時接到輸入電壓V s ，其re模型小信號交流等效電路如下圖所示：

圖9-02.07

下面我們分析這個差分放大電路對共模信號的響應：

• 共模放大系數：

由于差分放大電路完全對稱，當Vi1和Vi2輸入相同的信號（即共模信號）時，我們在圖中一致用Vi表示，其輸入電流Ib1和Ib2也是完全相同的，故在圖中我們一致用Ib表示；且其在輸出端產生的輸出信號Vo1和Vo2也是完全相同的，故我們在圖中一致用Vo表示。

輸入電流Ib的計算式為：

上式的左右兩端都有I b ，我們將其整理一下，將含Ib的項都歸并到等式左邊，可得：

輸出電壓Vo為：

因此，共模放大系數Ac為：

在上式中，通常re遠小于R E ，且我們視 β ≈ β +1，故上式可近似為：

• 共模輸入阻抗：

共模輸入阻抗定義為：共模輸入電壓除以共模輸入電流，其計算式為：

將上面算得的Ib的表達式代入，可得：

• 共模輸出阻抗：

共模輸出阻抗的計算方式和上面差模輸出阻抗的計算方式相同，我們將差分放大電路看作一個整體，畫出其和輸出端子的關系，如下圖所示：

圖9-02.08

如果只使用其一個輸出端子作為共模輸出，容易看出其共模輸出阻抗為：

** 3. 使用恒流源偏置**

一個好的差分放大電路，其差模放大系數Ad最好遠大于共模放大系數A c ，根據我們前面算得的差模放大系數和共模放大系數的表達式：

由于re一般固定，要增大差模放大系數，只能靠增大R C ；而增大RC后，又會使得共模放大系數增大，為使共模放大系數減小，我們需要增大分母R E ，最好RE為無窮大。對于這種既需要有一定的直流電流通過、又希望交流等效電路中電阻為無窮大的情況，一般可以使用恒流源來實現。理想的的恒流源，其交流阻抗為無窮大；但是實際的恒流源都會帶有一定的交流阻抗，表現為在理想恒流源旁邊并聯一個很大的電阻R o 。

使用實際恒流源偏置的差分放大電路如下圖所示：

圖9-02.09

其中，恒流源用來提供直流偏置電流。對于交流通路，恒流源的理想部分表現為斷路，小信號交流電流全部都從Ro通過，這個Ro就相當于原來的交流等效電路中的R E 。由于Ro的阻值非常大，根據上面的共模放大系數的計算公式，可以使其共模放大系數非常小。

這種使用恒流源來改善電路性能的技巧經常用于IC芯片的設計中，而在分立元器件電路中使用這種技巧并不是很方便。因為每個BJT晶體管的參數會隨器件品質而波動，因此每個電路你都要用可調電阻去把偏置電流調整到設計值，批量生產時，這個工作量會非常大。