電子管差分放大電路設(shè)計(jì)及優(yōu)勢(shì)分析

差分放大電路是為解決直流放大器的工作點(diǎn)漂移而出現(xiàn)的。由于集成電路中晶體管的一致性好，且大電容不易制造，差分電路已成為模擬集成電路中放大電路的主要形式。電子管差分放大器與晶體管差分放大器原理差不多，但在音頻領(lǐng)域內(nèi)實(shí)際應(yīng)用并不多。其基本電路如上圖所示。
　　當(dāng)兩個(gè)電子管的特性一致時(shí)，兩管的屏流相等，兩個(gè)輸出端的電壓幅值相等，相位相反。由于陰極電阻R5的作用，在電子管的柵極輸入信號(hào)時(shí)，一個(gè)管子屏流的增加必然導(dǎo)致另一個(gè)管子屏流的減少，并且增加量與減少量相等，而輸出電壓則是二者之差，這正是差分電路名稱的由來(lái)。
　　但當(dāng)電子管的工作點(diǎn)選擇不當(dāng)時(shí)，仍可能出現(xiàn)一個(gè)管子的增加量不等于另一個(gè)管子減小量的情況，即放大器出現(xiàn)了失真。當(dāng)雙端輸出時(shí)，失真被抵銷一大部分，而單端輸出時(shí)，失真并不能被抵銷，與單管放大器（工作點(diǎn)相同）差不多。電子管差分放大電路對(duì)管子的配對(duì)要求也比較高，兩管一致性越好，電路性能越好。此外還與陰極電阻R5有關(guān)，R5越大，電路性能越好。但陰極電阻大，相應(yīng)要求負(fù)電源電壓高。例如《電子報(bào)》2006年24期《電子管差分放大電路》一文陰極電阻高達(dá)68kΩ，若每管屏流為1mA，則負(fù)電源應(yīng)達(dá)－134V）（柵負(fù)壓－2V）功耗也增加。為此，也可采用在陰極電路接入恒流源的方法，如下圖所示，但又增加了電路的復(fù)雜性，恒流源除可采用晶體管，也可采用恒流二極管或電子管，此時(shí)，陰極負(fù)電壓只需10～20V。
　　在采用陰極電阻的情況下，電阻大小可用下式計(jì)算：
　　R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS為陰極負(fù)電壓，VG為柵負(fù)壓，I為單管屏極電流。當(dāng)｜VS｜｜VG｜時(shí)，可按R5＝VS2／2I選取電阻。當(dāng)電阻接入電路后，其直流負(fù)反饋?zhàn)饔每勺詣?dòng)提供適宜的柵負(fù)壓穩(wěn)定工作點(diǎn)（工作點(diǎn)可能與原選值略有差異，但不影響正常工作）。
　　較之單管放大器，電子管差分放大器有如下優(yōu)點(diǎn)：
　　1.省去了陰極旁路電路，電路頻響可至OHz，成為直流放大器，但高端頻響不變。
　　2.具有高的共模抑制能力，對(duì)共模干擾、噪聲及電源電壓變化不敏感。
　　3.工作點(diǎn)十分穩(wěn)定，陰極負(fù)電壓越高，工作點(diǎn)越穩(wěn)定。
　　4.輸入、輸出均可選擇單端、雙端任意搭配，十分靈活。如可實(shí)現(xiàn)單端輸入，雙端輸出，且輸出大小相等、相位相反的電壓。
　　但同時(shí)也存在固有缺陷：
　　1.多用了一倍的電子管及元件，且選管配對(duì)要求高。
　　2.必須另設(shè)一組單獨(dú)的較高質(zhì)量陰極負(fù)電源。若負(fù)電源質(zhì)量不高，反而引入干擾和噪聲。
　　3.單端輸入、單端輸出時(shí)的尖真與單管放大器差不多，而其放大倍數(shù)減少一半。
　　通常，音頻放大器并不需要放大直流信號(hào)，其輸入、輸出端大都為電容耦合，工作點(diǎn)輕微變動(dòng)并不影響交流放大。同時(shí)，工作中的共模干擾也很少，加之又存在上述三個(gè)固有缺陷，決定了電子管差分放大電路在音頻領(lǐng)域中應(yīng)用并不很多。特別是一般前級(jí)放大器，根本沒(méi)有必要采用差分放大器。當(dāng)然，音響發(fā)燒進(jìn)行試驗(yàn)及追求完美另當(dāng)別論。電子管差分放大器在音頻電路中應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：一是作為平衡輸入的前級(jí)放大器，以配合線路平衡傳輸時(shí)要求的雙端輸入及對(duì)共模干擾的抑制。二是作為末級(jí)推挽功放的倒相推動(dòng)級(jí)，由于差分放大器雙端輸出的是相位相反的音頻信號(hào)，故可通過(guò)電容耦合直接推動(dòng)末級(jí)推挽功率電子管，較之常見的分負(fù)載倒相或變壓器倒相有更好的性能。另外，電路上圖、下圖中的電位器是在兩管特性不太一致時(shí)調(diào)平衡之用，以保證輸入為零時(shí)雙端輸出為零。用于交流放大時(shí)，兩管屏流的輕微不平衡不影響正常工作，此電位器可省去。也可在每個(gè)管子的陰極串一小電阻再接陰極電阻上，以提供適量的本級(jí)負(fù)反饋。