差分放大电路汇总课件

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1、3.3 直接耦合放大电路直接耦合放大电路一、一、零点漂移现象及其产生的原因零点漂移现象及其产生的原因直接耦合直接耦合放大电路放大电路uiuo 理想的放大电路输入信号为零时，其输出电压应该恒理想的放大电路输入信号为零时，其输出电压应该恒定不变，即变化量为零。定不变，即变化量为零。实际的放大电路，当输入电压为零时，输出电压的变实际的放大电路，当输入电压为零时，输出电压的变化量并不能恒定，而是有一个缓慢的、不规则的随机输出化量并不能恒定，而是有一个缓慢的、不规则的随机输出电压，这种现象称为零点漂移电压，这种现象称为零点漂移.这种输入电压为零而输出电压的变化不为零的现象为零这种输入电压为零而输出电压的

2、变化不为零的现象为零点漂移现象。点漂移现象。3.3.1直接耦合放大电路的零点漂移现象直接耦合放大电路的零点漂移现象二、抑制温度漂移的方法：二、抑制温度漂移的方法：1）采用直流负反馈稳定静态工作点。）采用直流负反馈稳定静态工作点。3）采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，）采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成构成“差分放大电路差分放大电路”。产生原因产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。零漂为温漂。2)采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消

3、放采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。大管的变化。具体实践：具体实践：在实践中，两个特性相同的管子采用在实践中，两个特性相同的管子采用“差分对管差分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。结论：结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。点漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。差分放大电路差分放大电路

4、一、基本差分放大电路的由来一、基本差分放大电路的由来零输入零输入零输出零输出若若V与与UCQ的变的变化一样，则输化一样，则输出电压就没有出电压就没有漂移漂移(补偿电源补偿电源)信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？零点零点漂移漂移参数理想对称：参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度在任何温度下特性均相同。下特性均相同。I ICQCQ会有微会有微小变化小变化若若ui1=ui2，uo=?ui1=-ui2，uo=?ui1=ui2，两个输入信号幅值相同，相位相同，两个输入信号幅值相同，相位相同共模信号共模信号电路结构：双端输入电路结构：双端输入（ui1，u

5、i2），双端输出（双端输出（uo1 uo2）ui1=-ui2，两个输入信号幅值相同，相位相反，两个输入信号幅值相同，相位相反差模信号差模信号1.共模信号输入共模信号输入 VC1=VC2u uo o=VC1VC2=0=0ui1=ui2没有对输入信号进行放大，没有对输入信号进行放大，对共模信号有抑制作用。对共模信号有抑制作用。电路参数的理想对称，温度变化时管子的电流电路参数的理想对称，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号将温度漂移等效成共模信号，虽然每个管都产生了零点漂移，但是由于两集电极虽然每个管都产生了零点漂移，但是由于两集电极电位的变化互相抵消

6、，所以输出电压依然为电位的变化互相抵消，所以输出电压依然为0，零点，零点漂移被完全抑制了。漂移被完全抑制了。2.差模信号输入差模信号输入ui1=-ui2 VC1=-VC2u uo o=VC1VC2=2=2 VC1 对差模信号实现了电压放大。对差模信号实现了电压放大。差动放大电路特点：输入端信号之差为差动放大电路特点：输入端信号之差为0时，输时，输出为出为0，没有放大；输入端信号之差不为，没有放大；输入端信号之差不为0时，才有时，才有输出，进行放大。输出，进行放大。基本差分放大电路存在的问题基本差分放大电路存在的问题:电路难于绝对对称，因此单端输出仍然存在零漂电路难于绝对对称，因此单端输出仍然存

7、在零漂.二、长尾式差动放大电路长尾式差动放大电路+VCC+_uoReRbT1+Vccuo1Rc+Re_uo2+VccRbRcT2Re+_ui2VBB-VBB-VEEui1+VCC+_uouo1Rc+RbT1uo2RbRcT2Re_+_ui2-VEE长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路电阻电阻Re：公共发射极电阻，稳定：公共发射极电阻，稳定Q点，共模负反馈电阻。点，共模负反馈电阻。由于由于IBQ，较小，其上的较小，其上的电压降可忽略不计。电压降可忽略不计。Rb1IBQ+UBEQ+2ReIEQ=VEEeRBEQUEEVEQI21EQIBQIRb1上电压降忽略不计，发射极电位上电压降忽略不计，发射极

8、电位UEQ-UBEQUCEQ=UCQ-UEQVCCRRC CI ICQ+UBEQ1 静态分析静态分析 令令uI1=uI2=0+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui1ui2IBQ2IEQ-UBEQ02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII2.抑制共模信号抑制共模信号 0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、极性相同的共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即输入信号，即IcI2I1uuu2.抑制共模

9、信号抑制共模信号：Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用0 cIcOccAuuA参数理想对称时共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边对于每一边电路，电路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3.放大差模信号放大差模信号C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模

10、信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即流过流过Re的电流的电流不变不变，保持直流；因此发射极电位为，保持直流；因此发射极电位为0”虚地虚地”。E点电位点电位在差模信号作用下不变，相当于接在差模信号作用下不变，相当于接“地地”。负载电阻的中点电位负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接在差模信号作用下不变，相当于接“地地”。Rc2Rb1Rb2Rc1Reui2RL/2ui1(c)交流通路交流通路ui1Rb1Rc1RL/2Rb2Rc2RL/2ui2(d)交流通路交流通路uId+_uodRb1Rc1ui1RL/20+Rb2Rc2RL/2Rb1Rc1ui

11、1RL/2rbe1Ibui1Rc1RL/2IbRb2rbe2+-uod(d)交流通路交流通路(e)交流等效电路交流等效电路beb)L21/c(=drRRRiuouA)(12berbRBiIdu)2/(12lRcRciodu)r(RRbebi 2cRoR2电阻电阻e不影响差模电压放大倍数！不影响差模电压放大倍数！两只管子的电压放大能力相当于单管放大电路，差分放大两只管子的电压放大能力相当于单管放大电路，差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂移的电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂移的效果效果差分放大电路差分放大电路4.动态参数动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、K

12、CMR共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。的能力和抑制共模信号的能力。下，在参数理想对称的情况CMRcdCMRKAAK 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“接地接地”点，以避免点，以避免干扰；或负载需要有干扰；或负载需要有“接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。入双端输出、

13、单端输入单端输出。三、差分放大电路的四种接法三、差分放大电路的四种接法双端输入，双端输出；双端输入，双端输出；双端输入，单端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出；单端输入，单端输出；单端输入，双端输出；单端输入，双端输出；差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C1，另，另一个是集电极一个是集电极C2。从从C1 和和C2输出称为双端输出，仅从集电极输出称为双端输出，仅从集电极 C1或或C2 对地对地输出称为单端输出。输出称为单端输出。信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入

14、；相输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端若信号仅从一个输入端对地对地加入，称为单端输入。加入，称为单端输入。1 双端输入，单端输出电路双端输入，单端输出电路+VCCRb1Rc1-VEEReui1Rb2Rc2ui2RL 与双端输入双端输出电路相比：输入回路一样，与双端输入双端输出电路相比：输入回路一样，IBQ，ICQ不变，不变，UCEQ发生变化。发生变化。单端输出：负载电阻一端接单端输出：负载电阻一端接T1集电极，另一端接地。集电极，另一端接地。输出回路不对称，影响了其输出回路不对称，影响了其静态工作点静态工作点Q和动态参数。和动态参数。“单端单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？的情况，还

15、具有共模抑制能力吗？ccVlRcRlRccVLRCRcR/CRCQICCVCQU1CRCQICCVCQU21）静态工作点静态工作点利用戴维南定理进行变换直流利用戴维南定理进行变换直流通路的：通路的：eRBEQUEEVEQI21EQIBQIbeb)L/c(21=drRRRiuouA)(12berbRBiIdu)/(1lRcRciodu)r(RRbebi 2cRoR22)输入差模信号动态分析输入差模信号动态分析eRberbRlRCRCA)1(2)/(注意注意:VE电位不是虚地电位不是虚地!cAeR增大增大Re是改善共模抑制比的基本措施是改善共模抑制比的基本措施!3)输入共模信号动态分析输入共模信号

16、动态分析 通过从通过从 T T1 1 或或 T T2 2 的集电极输出，可以得到输出与输的集电极输出，可以得到输出与输入之间或电位反相或电位同相的关系。从入之间或电位反相或电位同相的关系。从T T1 1的基极输入信的基极输入信号，从号，从C C1 1 输出，为反相；从输出，为反相；从C C2 2 输出为同相。输出为同相。如果输入信号极性相同，幅度也相同则是纯共模信号。如如果输入信号极性相同，幅度也相同则是纯共模信号。如果极性相同，但幅度不等，则可以认为既包含共模信号，又果极性相同，但幅度不等，则可以认为既包含共模信号，又包含差模信号，应分开加以计算，如图包含差模信号，应分开加以计算，如图3.3

17、.9,3.3.103.3.9,3.3.10所示。所示。bebebebCMR)1(2rRRrRKbeb)L/c(21=drRRRiuouAeRberbRlRCRCA)1(2)/(CMRKcAdA,0,（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？可以。可以。（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？C2 输出输出（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？不是不是2 单端输入，双端输出电路单端输入，双端输出电路单端输入：输入端有一端接地单端输入：输入端有一端接地.双端输出：从集电极双端输出：从集电极C1C2输出。输出。+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui

18、1ui2_+uoL+-在加在加信号源信号源的一端，将输入信号分解为两个串联的一端，将输入信号分解为两个串联的信号源，数值均为的信号源，数值均为uI/2，极性相同极性相同;在在接地接地的一端，的一端，也等效为两个串联的信号源，数值均为也等效为两个串联的信号源，数值均为uI/2，极性极性相反相反+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui2_+uoL+-+-uI/2uI/2uI/2uI/2单端输入电路与双端单端输入电路与双端输入电路的区别在于：输入电路的区别在于：在差模输入信号输入在差模输入信号输入的同时，伴随着共模的同时，伴随着共模信号输入。信号输入。2/IIcIIduuuu，OQIcIdO

19、2UuAuAu静态时的值静态时的值差模输出差模输出共模输出共模输出问题讨论：问题讨论：（1 1）U UOQOQ产生的产生的原因？原因？（2 2）如何减小共）如何减小共模输出电压？模输出电压？3.任意信号的输入任意信号的输入 输入信号既不是共模也不是差模信号：要把输输入信号既不是共模也不是差模信号：要把输入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们共同作用在差动电路的输入端。共同作用在差动电路的输入端。ui1=uic+uidui2=uic-uid221iuiuicu221iuiuidu输入信号分解为差模和共模信号输入信号分解为差模和共模信号例：已知输入

20、信号例：已知输入信号 u ui1i1=20 mv,u=20 mv,ui2i2=10 mv=10 mv，求共模，求共模信号信号u uicic和差模信号和差模信号u uid.id.解：解：u uicic=(u=(ui1i1+u+ui2i2)/2=15mv)/2=15mv 例：已知共模信号例：已知共模信号u uicic=15 mv,=15 mv,差模信号差模信号u uidid=5 mv=5 mv求输入求输入信号信号u ui1i1和和u ui2.i2.解解:ui1=uic+uid=15+5=20mv ui2=uic-uid=15-5=10mvu uidid=(u=(ui1i1-u-ui2i2)/2=5

21、mv)/2=5mv 双端输出双端输出beLcd)2/(rRRRAbv单端输出单端输出beLcd2/rRRRAbv(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出：双端输出：单端输出单端输出0vcAeLc2RRAv4.4.差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：eRberbRlRCRCA)1(2)/(3)(3)差模输入电阻差模输入电阻beid2rRRb(4

22、)(4)输出电阻输出电阻 coRR co2RR 双端输出双端输出单端输出单端输出(5)(5)共模抑制比共模抑制比双端输出双端输出KCMR=单端输出单端输出bebeeLbebLCMR2/)(2/rRRRRrRRK四、四、恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路 为了提高共模抑制比应加大为了提高共模抑制比应加大Re。但。但Re加大后，为保证加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。为此可用工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。为此可用恒流源恒流源T3来代替来代替Re。恒流源电流数值为恒流源电流数值为 恒流源动态电阻大，可提高共模恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。同时恒流源的管压降只

23、抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。有几伏，可不必提高负电源之值。这种电路称为恒流源差分放大电这种电路称为恒流源差分放大电路，电路如图路，电路如图3.3.13所示。所示。近似为近似为恒流恒流3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，恒流源的作用恒流源的作用:(1)恒流源相当于恒流源相当于阻值很大的电阻阻值很大的电阻;(2)恒流源不影响差模放大倍数恒流源不影响差模放大倍数;(3)恒流源影响共模放大倍数恒流源影响共模放大倍数,使共模放大倍数减使共模放大倍数减小小,从而增加共模抑制比从而增加共模抑制比.理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻,

24、所以共所以共模抑制比是无穷模抑制比是无穷.等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大 计算共模放大倍数计算共模放大倍数Avc的微变等效电路，如下图所示。其中的微变等效电路，如下图所示。其中Re用用2Re等效，这与差模时不同。等效，这与差模时不同。Avc的大小，取决于差分电的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单端输出时为路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单端输出时为:eLebebLICOC1c22)1(=RRRrRRvvAv图图 共模微变等效电路共模微变等效电路共模放大倍数共模放大倍数A Av vc c五、差分放大电路的改进五、差分放大电路的改进 1.1.加调零电位器加调零电位器

25、R RW W1)RW取值应大些？还是小取值应大些？还是小些？些？2)RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3)若若RW滑动端在中点，写滑动端在中点，写出出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1(WbebcdRrRRAWbebi)1()(2RrRRdoidmd2RRRRgA2.场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路讨论讨论1、uI=10mV，则则uId=?uIc=?2、若若Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO，uO=?uId=5mV，uIc=7.5mVuO=Ad uId+Ac uIc+UCQ1=?=?=?+VCC-VEERe3RRc2ui_+uo+-+_3.7vT1T2T3例例

26、:所示电路参数理想对称所示电路参数理想对称,VCC=12V，VEE=6V，RC2=20k，R=1k，晶体管的，晶体管的均为均为80，T1管和管和T2管的发射极静态电流管的发射极静态电流IEQ=0.3mA。试估算：试估算：（1）Re3（2）集电极静态电位）集电极静态电位 UCQ1和和UCQ2（3）Ad，Ac，Ri，Ro（4）若直流信号）若直流信号uI=10mV，则则uo=?解：解：（1）Re3中的电流为中的电流为T1，T2发射极电流之和，即发射极电流之和，即 IRe32IEQ=0.6mAkEQIBEUZUeR53.027.07.3233VccVCQU121VcRCQIccVCQU6203.01222(2)集电极静态电位集电极静态电位UCQ1和和UCQ2分别为分别为（3 3）单端输出，差模放大倍数是双端输出的一半，且由于）单端输出，差模放大倍数是双端输出的一半，且由于在在T T2 2的集电极输出，输出电压与输入电压同相。的集电极输出，输出电压与输入电压同相。1147220802bercRdA由于电路是具有恒流源差分放大电路由于电路是具有恒流源差分放大电路0cAkkberiR14722kcRoR20（4）若直流信号）若直流信号uI=10mV，则，则uo的变化量的变化量VIudAou14.101.0114VouCQUou14.714.162