示波器內(nèi)的差分放大器

　　示波器使用全差分放大器已經(jīng)有幾十年啦(為什么它們需要這么長時間才成為商用IC呢?)，它們通?？梢娪诖怪狈糯笃髦?，探頭電壓按精確增益放大，然后將放大的波形應(yīng)用于CRT的垂直偏轉(zhuǎn)板。除了第一級(通常由接地參考探頭驅(qū)動)外，它們都是全差分放大器。

　　為了演示，我們來看看Tek T935A 35 MHz示波器的垂直放大器的，雖然現(xiàn)在已經(jīng)過時，但它在20世紀(jì)70年代可是最先進的，并且成本低廉。

輸入緩沖放大器級是從手冊上掃描的。(順便說一句，舊的Tek“使用說明書”中的電路圖可真是藝術(shù)作品，是今天的CAD圖紙比不了的，這就是科技進步的代價!)

　　第一級由JFET Q4222A和B組成。探頭波形輸入到Q4222B的柵極。它與下方的另一個JFET形成x1緩沖放大器，輸入和輸出之間的偏移電壓接近零。這是通過使用匹配的JFET，并將下面的JFET作為電流源來實現(xiàn)的。其柵極連接到-8V電源，R4225(源極的20Ω電阻)兩端的電壓VGS對應(yīng)其上方JFET中流過的漏極電流。JFET是匹配的，在相同的電流下，上方的JFET具有相同的VGS。因此，相應(yīng)的20Ω電阻R4224的下端電壓與輸入柵極電壓相同，并將JFET偏置在零TC工作點。上方的JFET的電流隨著Q4232的基極電流略微增加，但是很小，匹配是足夠的。

　　該放大器在第二級驅(qū)動全差分放大器，由Q4232和Q4234組成。只有上方的BJT(Q4232)需要由放大的波形驅(qū)動，而下方的輸入在Q4234的基極，動態(tài)(交流)接地到示波器探頭電路接地端，從而完成輸入電路的返回。由于垂直放大器(與所有放大器一樣)具有輸入偏移誤差，未使用的輸入可用于輸入偏移誤差調(diào)整，這在示波器術(shù)語中叫直流平衡。平衡表示示波器放大器是高差分的，必須使放大器的兩側(cè)在相同的靜態(tài)(直流)條件下工作。

　　第二級的輸出也是差分的。該級僅是一個發(fā)射極跟隨器，沒有電壓增益，但需要向JFET緩沖器提供高輸入阻抗，并以低阻抗驅(qū)動第三級。換言之，它為下一級提供了一個電壓源。然而，在其差分輸出端，輸入波形尚未達到差分平衡，因為發(fā)射極跟隨器之間沒有增益相互作用，并且它們之間沒有發(fā)生輸入波形的分裂。第二級僅在有2個輸入和2個輸出時才是差分的。在沒有電壓增益的情況下，輸入差分電壓等于輸出差分電壓。

　　延遲線的后面三級如圖2所示，這是同一個放大器的延續(xù)。

Q4258和Q4268組成一個全差分放大器級，共用發(fā)射極電阻R4254，這是一個阻值為63.4Ω、誤差為1%的電阻。電阻R4257和R4267連接到-8V電源，比R4254大得多，接近BJT發(fā)射器的電流源。

　　上方Q4258 BJT基極的波形通過發(fā)射極電路分開，并與下方Q4268 BJT共用(差不多各占一半)，因此在負載電阻上出現(xiàn)平衡波形，具有相同的幅度和相反的極性。如果將R4254或RE分成兩個值為RE/2的串聯(lián)電阻，那么它們的中點將是平衡輸入差分放大器的“虛地”空節(jié)點。在此級，輸入波形幅度的一半(僅應(yīng)用于上方BJT)將出現(xiàn)在空節(jié)點處。

　　下一級(Q4274，Q4284)是一個互補共源共柵放大器的后半部分——共基極。它是完全差分的，最終的共集電極(Q4276，Q4286)也是如此。