关于差分放大电路中输入阻抗不平衡问题分析

　　（a）射极偏置差放 （b）电流源偏置差放

　　差放有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。

　　图1经典差分电路输入电阻分析

　　同时假设以下条件成立：

　　（1）运放理想

　　（2）电阻匹配，设R1=R2=R3=R4=10KΩ

　　设RIN_V2、RIN_V1分别为电路中，从V2端和V1端看进去的输入电阻。

　　如图1所示，V2端的输入电阻比较简单，可以直接看出RIN_V2=R3+R4，由于运放的3端没有电流进入，因此可以得到：

　　RIN_V2=R3+R4

　　=20KΩ

　　下面重点分析RIN_V1是如何得到的：

　　假设在V1端加入信号源V1，在V1的输入端产生了电流I，则理论上来说，RIN_V1可以表示为：

　　RIN_V1=U/I

　　从图3中可以得到：

　　I=（U-VN）/R1

　　而VN=VP=V2*R4/（R3+R4）

　　由式（16）~（18）可以得到：

　　RIN_V1=V1*（R3+R4）*R1/（V1*R3+V1*R4-V2*R4）

　　代入式（8）~（9）并整理，得到：

　　RIN_V1=（2*K2-K1（R3+R4）*R1）/（（2*K2-K1）（R3+R4）-（2*K2+K1）R4）----（20）

　　K1=V2-V1-------------------VCOM两组输入信号之间的差模信号

　　K2=（V2+V1）/2--------------VDEF表示两组信号之间的共模信号

　　从式（20）可以看出，影响RIN_V1取值大小与电阻值、差模信号VDEF、共模信号VCOM的大小相关。

　　现考虑一种简单的情况，设共模信号VOCM为零，即K2=0。

　　带入式（20）中，可以得到：

　　RIN_V1=K1*（R3+R4）*R1/（K1（R3+R4）+K1R4）

　　=（R3+R4）*R1/（R3+2*R4）

　　=6.666KΩ

　　总结：

　　（1）由运放和分离电阻组成的差分电路的性能与运放、电阻匹配度等有关，在实际设计的时候需要考虑各方面因素。

　　（2）差分放大电路的两个输入端的输入电阻值不一致，影响差分放大电路的性能。

　　正是由于经典差分放大电路的缺点，才有了性能更好的差分放大器、仪表放大器等出现。