在模擬電子技術(shù)領(lǐng)域，差分放大電路是抑制零點漂移、放大有用信號的核心電路結(jié)構(gòu)，廣泛應用于運算放大器、傳感器信號處理等場景。在差分放大電路的分析過程中，發(fā)射極公共電阻re的作用是理解電路性能的關(guān)鍵，其中“re對差模信號等效短路”這一結(jié)論，是簡化電路分析、精準計算差模放大倍數(shù)的重要前提。本文將從差分放大電路的信號分類、re的物理本質(zhì)、差模信號作用下的電路特性等方面，系統(tǒng)剖析這一結(jié)論的內(nèi)在邏輯，幫助讀者深入理解差分放大電路的工作機制。

要理解re對差模信號的等效作用，首先需明確差分放大電路中的兩種核心信號——差模信號和共模信號。差分放大電路的核心特征是擁有兩個對稱的輸入端口和兩個對稱的晶體管放大單元，當兩個輸入信號大小相等、極性相反時，這類信號被稱為差模信號，即輸入信號u_i1 = -u_i2 = u_id/2(u_id為差模輸入信號幅值);而當兩個輸入信號大小相等、極性相同時，這類信號則被稱為共模信號，即u_i1 = u_i2 = u_ic。在實際應用中，有用信號通常以差模信號的形式輸入，而零點漂移、環(huán)境干擾等無用信號則多以共模信號的形式存在，差分放大電路的核心優(yōu)勢就在于對差模信號的放大作用和對共模信號的抑制作用。

發(fā)射極公共電阻re的設(shè)置，正是實現(xiàn)共模信號抑制的關(guān)鍵所在，但其對差模信號和共模信號的作用存在本質(zhì)差異，這一差異源于兩種信號作用下發(fā)射極電流的變化規(guī)律不同。從晶體管的工作原理來看，發(fā)射極電流IE由基極電流IB控制，且IE = (1+β)IB(β為晶體管電流放大系數(shù))，而re是發(fā)射極的動態(tài)電阻，其阻值re = 26mV / IEQ(IEQ為靜態(tài)發(fā)射極電流)，反映了發(fā)射極電流微小變化與發(fā)射極電壓微小變化之間的關(guān)系。接下來，我們將分別分析差模信號和共模信號作用下，re兩端的電壓變化規(guī)律，進而明確re對兩種信號的不同等效作用。

在差模信號作用下，由于輸入信號u_i1與u_i2極性相反，兩個對稱晶體管的基極電流變化也呈現(xiàn)相反趨勢。假設(shè)在差模信號的正半周，u_i1增大，導致晶體管VT1的基極電流IB1增大，進而使得發(fā)射極電流IE1增大;與此同時，u_i2減小，導致晶體管VT2的基極電流IB2減小，進而使得發(fā)射極電流IE2減小。由于電路結(jié)構(gòu)對稱，差模信號作用下IE1的增大量與IE2的減小量相等，即ΔIE1 = -ΔIE2。而發(fā)射極公共電阻re的電流是兩個晶體管發(fā)射極電流之和，即IE = IE1 + IE2，因此在差模信號作用下，ΔIE = ΔIE1 + ΔIE2 = 0。這意味著，在差模信號作用下，re兩端的電流變化量為零，根據(jù)歐姆定律u = IR，re兩端的電壓變化量ΔUre = ΔIE × re = 0。

電壓變化量為零，意味著re兩端的電位保持恒定，對于動態(tài)的差模信號而言，這種電位恒定的特性與“短路”的電氣特性完全一致。因為短路的核心特征是兩端電位差為零，無論電流如何變化(只要電路允許)，短路兩點間的電壓始終為零。在差模信號分析中，我們關(guān)注的是信號的動態(tài)變化過程，re兩端沒有動態(tài)電壓變化，即差模信號無法在re上產(chǎn)生壓降，因此從動態(tài)分析的角度來看，re對差模信號相當于短路。這一等效關(guān)系的建立，極大地簡化了差模放大倍數(shù)的計算，我們可以將兩個對稱的放大單元視為獨立的共射放大電路，發(fā)射極接“地”(動態(tài)地)，進而利用共射放大電路的放大倍數(shù)公式計算單管差模放大倍數(shù)，再根據(jù)輸出方式(雙端輸出或單端輸出)得到總差模放大倍數(shù)。

為了進一步驗證這一結(jié)論，我們可以通過繪制差模信號等效電路來直觀理解。在動態(tài)分析中，靜態(tài)工作點的影響可以忽略，僅考慮信號的動態(tài)變化。由于差模信號作用下re兩端電壓不變，我們可以將re短路到動態(tài)地電位，此時兩個晶體管的發(fā)射極均等效接地，VT1和VT2分別構(gòu)成獨立的共射放大電路，輸入信號分別為u_id/2和-u_id/2，輸出信號則根據(jù)輸出端的連接方式疊加或單獨取出。這種等效處理不僅符合電路的實際工作特性，也得到了實驗數(shù)據(jù)的驗證：在對稱差分放大電路中，雙端輸出時的差模放大倍數(shù)與單管共射放大電路的放大倍數(shù)基本一致，這一結(jié)果正是建立在re對差模信號等效短路的基礎(chǔ)上的。

需要注意的是，re對差模信號的等效短路是建立在電路對稱的前提之下的。如果電路結(jié)構(gòu)不對稱，差模信號作用下ΔIE1與ΔIE2的大小將不相等，此時ΔIE ≠ 0，re兩端會產(chǎn)生一定的動態(tài)電壓變化，其對差模信號的等效作用將不再是純粹的短路，差模放大倍數(shù)也會受到影響。因此，在實際差分放大電路的設(shè)計中，保證兩個放大單元的對稱性是發(fā)揮電路性能的關(guān)鍵，這也是集成電路中差分放大電路通常采用鏡像電流源等對稱結(jié)構(gòu)的原因所在。

與對差模信號的等效短路作用不同，re對共模信號呈現(xiàn)出強烈的負反饋作用，這進一步凸顯了re的功能特殊性。在共模信號作用下，u_i1與u_i2極性相同、大小相等，導致VT1和VT2的基極電流同時增大或減小，即ΔIE1 = ΔIE2，因此re兩端的電流變化量ΔIE = ΔIE1 + ΔIE2 = 2ΔIE1，re兩端的電壓變化量ΔUre = ΔIE × re = 2ΔIE1 × re，這一電壓變化會通過發(fā)射極對基極產(chǎn)生強烈的負反饋，從而抑制兩個晶體管的電流變化，最終實現(xiàn)對共模信號的抑制。re的阻值越大，對共模信號的抑制作用越強，這也是長尾式差分放大電路中re通常取值較大的原因。

綜上所述，差分放大電路中re對差模信號等效短路的核心原因，在于差模信號作用下兩個對稱晶體管的發(fā)射極電流變化相互抵消，導致re兩端的動態(tài)電流變化量為零，進而使得re兩端的動態(tài)電壓變化量為零，這一特性與短路的電氣特性完全吻合。這一結(jié)論并非主觀假設(shè)，而是基于晶體管電流變化規(guī)律和歐姆定律的客觀推導，同時也是簡化差模放大電路分析的重要理論基礎(chǔ)。理解這一原理，不僅有助于精準計算差模放大倍數(shù)，更能幫助我們深入把握差分放大電路“放大差模、抑制共?！钡暮诵墓ぷ鳈C制，為后續(xù)電路的設(shè)計與優(yōu)化提供理論支撐。在實際應用中，只要保證差分放大電路的對稱性，re對差模信號的等效短路特性就會得到充分體現(xiàn)，從而確保電路對有用信號的有效放大和對干擾信號的有效抑制。