示波器内的差分放大器-云帆兴烨

示波器内的差分放大器

　　示波器使用全差分放大器已经有几十年啦(为什么它们需要这么长时间才成为商用IC呢?)，它们通常可见于垂直放大器中，探头电压按精确增益放大，然后将放大的波形应用于CRT的垂直偏转板。除了第一级(通常由接地参考探头驱动)外，它们都是全差分放大器。

　　为了演示，我们来看看Tek T935A 35 MHz示波器的垂直放大器的，虽然现在已经过时，但它在20世纪70年代可是最先进的，并且成本低廉。

输入缓冲放大器级是从手册上扫描的。(顺便说一句，旧的Tek“使用说明书”中的电路图可真是艺术作品，是今天的CAD图纸比不了的，这就是科技进步的代价!)

　　第一级由JFET Q4222A和B组成。探头波形输入到Q4222B的栅极。它与下方的另一个JFET形成x1缓冲放大器，输入和输出之间的偏移电压接近零。这是通过使用匹配的JFET，并将下面的JFET作为电流源来实现的。其栅极连接到-8V电源，R4225(源极的20Ω电阻)两端的电压VGS对应其上方JFET中流过的漏极电流。JFET是匹配的，在相同的电流下，上方的JFET具有相同的VGS。因此，相应的20Ω电阻R4224的下端电压与输入栅极电压相同，并将JFET偏置在零TC工作点。上方的JFET的电流随着Q4232的基极电流略微增加，但是很小，匹配是足够的。

　　该放大器在第二级驱动全差分放大器，由Q4232和Q4234组成。只有上方的BJT(Q4232)需要由放大的波形驱动，而下方的输入在Q4234的基极，动态(交流)接地到示波器探头电路接地端，从而完成输入电路的返回。由于垂直放大器(与所有放大器一样)具有输入偏移误差，未使用的输入可用于输入偏移误差调整，这在示波器术语中叫直流平衡。平衡表示示波器放大器是高差分的，必须使放大器的两侧在相同的静态(直流)条件下工作。

　　第二级的输出也是差分的。该级仅是一个发射极跟随器，没有电压增益，但需要向JFET缓冲器提供高输入阻抗，并以低阻抗驱动第三级。换言之，它为下一级提供了一个电压源。然而，在其差分输出端，输入波形尚未达到差分平衡，因为发射极跟随器之间没有增益相互作用，并且它们之间没有发生输入波形的分裂。第二级仅在有2个输入和2个输出时才是差分的。在没有电压增益的情况下，输入差分电压等于输出差分电压。

　　延迟线的后面三级如图2所示，这是同一个放大器的延续。

Q4258和Q4268组成一个全差分放大器级，共用发射极电阻R4254，这是一个阻值为63.4Ω、误差为1%的电阻。电阻R4257和R4267连接到-8V电源，比R4254大得多，接近BJT发射器的电流源。

　　上方Q4258 BJT基极的波形通过发射极电路分开，并与下方Q4268 BJT共用(差不多各占一半)，因此在负载电阻上出现平衡波形，具有相同的幅度和相反的极性。如果将R4254或RE分成两个值为RE/2的串联电阻，那么它们的中点将是平衡输入差分放大器的“虚地”空节点。在此级，输入波形幅度的一半(仅应用于上方BJT)将出现在空节点处。

　　下一级(Q4274，Q4284)是一个互补共源共栅放大器的后半部分——共基极。它是完全差分的，最终的共集电极(Q4276，Q4286)也是如此。