「双差动」与「全推挽」

davas · 发表于 2008-2-10 16:57

Wensan兄,新年好!可否分享一下PSPICE原文件?小弟不才,正学PSPICE,小弟的邮箱:davas@163.com,希望得到您的赐教,谢谢!

wensan · 发表于 2009-6-4 13:13

「双差动」与「全推挽」

二十年前我为「音响技术」杂志规划「AT-3教练机」时，
便想说明「全推挽」输入架构的好处，
只是光靠文字描述，总觉得词不达意！
如今有了SPICE这种工具，
把两种电路加以仿真比较，
更能显示出其中的差异。

下面是「双快枪」的差动放大级部分的电路及用PSPICE仿真的结果，

从仿真结果可看出输入讯号只要超出大约+/-1V的范围时，
输出便会过荷。
也就是说差动放大电路只能在A类范围内工作，
超过A类工作范围便过荷了，
因此差动放大电路的「输入动态范围」较小。

「全推挽」输入电路与PSPICE仿真的结果如下，

从模拟结果可看出「全推挽」输入电路在超出A类工作范围时，
可以变成AB类的工作方式，
因此就算有一边截止，还是有另一边在工作着。
相形之下，
「全推挽」输入电路的「输入动态范围」也就比差动放大电路大多了。

「双差动」输入电路如果像下面这样修改，
情况便大不相同！

这个电路虽然只是在上下两个差动电路中间加个电容而已，
但就因为这个电容打破了差动放大电路只能在A类范围内工作的限制，
让「双差动」输入电路也可以像「全推挽」输入电路一样，
以AB类的方式工作！

JFET钻石差动电路

如果把「双快枪」的差动放大电路改用JFET取代，
形成JFET「双差动」输入电路如下：

PSPICE模拟结果如下：

从仿真结果可看出差动放大电路的电压增益变小了，
但输入讯号大到+/-2.5V的范围以上才发生输出过荷，
也就是说差动放大电路的「输入动态范围」变大了。

由于JFET工作时的G-S接面为逆偏，
不像BJT工作时的B-E接面是顺偏，
所以JFET「双差动」输入电路可以修改如下：

PSPICE模拟结果如下：

为了维持相同的偏流，
所以把JFET的源极电阻阻值加大，
导致差动放大电路的电压增益更小了，
但差动放大电路的「输入动态范围」也更大了。

特别值得注意的一点是，
这个差动放大电路不再是只能在A类范围内工作，
也能像「全推挽」输入电路一样以AB类的方式工作！
这种电路有人把它命名为「钻石差动电路」。

如果要加大差动放大电路的电压增益，
又要维持相同的偏流，
可以采用下面的方式：

PSPICE模拟结果如下：

电路中那个电容如果不加上去，
这个电路由A类范围进入AB类时，
电压增益会突然变得很小，
造成失真增加。

lltnt · 发表于 2009-6-8 07:50

文山兄辛苦了!

HVPS · 发表于 2009-6-8 08:23

喜欢JFET钻石差动电路

li0532 · 发表于 2009-6-8 08:37

绝对的好文，先记号下，慢慢嚼！谢谢wensan 兄弟！

输入电龙 · 发表于 2009-6-8 08:40

全推挽频响不错

xlf0602 · 发表于 2009-6-8 10:54

我觉得简单地加一个电容似乎有问题，有时候电路可能出现工作不正常的情况。
加电容后，偶尔应付几个突发性的大信号也许没问题，可要是有持续时间较长的大信号输入，可能就会出问题。因为在差分管进入AB类工作状态后，增加的电容所得到的充电和放电是不相等的，充电远多于放电（对BJT电路来说应该是放电多于充电，严重时对电容反向充电）。这样所造成的后果就是电容二端的电压明显上升（BJT电路是下降，最后可能反相），差分管的偏置电压下降，最终可能导致在信号过零点时，出现四只差分管都是截止的状况。

wugangwh · 发表于 2009-8-19 01:51

好文章！

虽然很久了，但值得收藏。

KETJIN · 发表于 2010-3-15 19:38

10多年没烧了
落伍了

火星计划2009 · 发表于 2010-3-15 19:49

都是专业级的讨论，个人愚见还是双差分比较好

gzaselin · 发表于 2010-3-18 12:18

等图，谢谢分享。

acbbli · 发表于 2010-3-18 12:36

个人认为这个实验的前提就是错误的。

差动电路一般都构成运算放大电路，而运算放大电路是要工作于负反馈状态的。

而运算放大器的开环增益理论上是无穷大，实际上也能够做到上百万倍。

可是，为什么输出的信号没有超过电压范围呢。因为有负反馈的存在，负反馈基本上将全部输出信号都反馈会去了（有反馈电阻分压）。那么实际输入运放的信号理论上为零，实际上最大也就几个微伏而已。所以正负1伏的动态范围是足够的了。

wensan · 发表于 2010-3-19 11:35

負反饋放大器的轉折率限制(Slew Rate Limit)發生的原因在於輸出信號會有所延遲, 所以反饋信號也會有所延遲, 對於高速的暫態輸入信號, 在反饋信號抵達負反饋放大器的差分輸入級跟輸入信號抵消之前, 會使得差分輸入級的暫態輸入信號遠大於穩態輸入信號, 導致輸入級過荷, 而發生轉折率限制(Slew Rate Limit).

下圖為典型的負反饋放大器的電路模型.

差分輸入級有最大輸出電流的限制, 電壓放大級由於電壓增益極大, 米勒電容將使電壓放大級在高頻時形同一個積分器, 而電流放大級相當於轉折率極大的緩衝電路.
這個電路模型說明當差分輸入級過荷時, 輸入級的輸出電流達到其最大值, 對積分器的米勒電容充電, 使得電壓放大級和電流放大級的輸出電壓呈現固定斜率上升或下降.

下面兩張圖是展示負反饋放大器的轉折率限制(Slew Rate Limit)如何發生的一個仿真.

暴风 · 发表于 2010-3-19 19:38

看不到图

wensan · 发表于 2010-3-20 09:57

看不到图
暴风发表于 2010-3-19 03:38

圖已經在42樓補齊了

xhqsese · 发表于 2010-3-21 13:40

晶体管电路设计有3大项要综合考虑：噪声、幅度、频率范围。若是高要求的低噪声输入级，通常不会用差分放大电路，因为其低噪声性能并不好；如果是噪声指标不再是主要问题的中间级或后级，那么简单加大发射极（双极型管 ...
lirenren 发表于 2010-3-19 17:14

wensan兄精辟分析固然是要顶,lirenren坛友的想法本人甚为赞同,探索音响固然不可缺少"术",更不可脱离"道"!

hhjian6688 · 发表于 2010-4-12 23:23

还是经典的线路好！

音乐0 · 发表于 2010-4-13 07:07

看不懂

安安 · 发表于 2011-7-17 20:13

关心，但不懂。

kk2002000 · 发表于 2011-7-18 00:12

太菜了，看不懂

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