7.6集成差分放大电路的设计
7.6.1实验任务： 7.6.1.1基本功能实现
设计三个差分放大电路分别为： 单运放差分放大器、双运放差分放大器、三运放差分放大器。实现零点漂移抑制，差分放大。
要求:
（1）自行设计输入信号源，0-2V 幅值连续可调；
（2）测出差分放大的实际倍数，并实现多种倍数可调；
（3）三种差分放大器的输入输出阻抗测定（负载可用100Ω电阻）； （4）计算出三种电路的共模抑制比是多少。
7.6.1.2扩展功能与创新
（1）能设计出相应的显示电路，对于放大倍数和输入输出电压进行显示；
（2）三运放的差分放大电路的输入阻抗大，通过外围器件设计，使单双运放也能有角的的输入阻抗。
7.6.2预习提示： 7.6.2.1参考系统框图：
7.6.2.2 主要参考电路图：
以下电路图仅供参考，请在掌握原理前提下进行改变运用，不用一定要用下面的电路
单运放差分放大器：
差分接法:差分放大电路（图7.6.2.2.1）的输入信号是从集成运放的反相和同相输入端引入，如果反馈电阻RF 等于输入端电阻R1 ，输出电压为同相输入电压减反相输入电压，这种电路也称作减法电路。
图7.6.2.1 差分放大器电路原理框图
差分
放大器
差分输入u1
放大输出
差分输入u2
显示电路
图7.6.2.2.1 单运放差分放大电路
双运放差分放大器：
采用两个OPA2379构成的差分放大器电路：
图7.6.2.2.2 双运放差分放大电路三运放差分放大器：
图为高输入阻抗差分放大器,应用十分广泛.从仪器测量放大器,到特种测量放大器,几乎都能见到其踪迹。
A1
A2
A3
RS1510
Rs2510
R3
10K
R4
10K
R510K
R6
10K R151K
Rp 1K
R251K
Vi1
Vi2
Vo
图7.6.2.2.3 三运放差分放大电路
从图中可以看到A1、A2两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器A3串联组成三运放差分防大电路。电路中有关电阻保持严格对称,具有以下几个优点: (1)A1和A2提高了差模信号与共模信号之比,即提高了信噪比;
(2)在保证有关电阻严格对称的条件下,各电阻阻值的误差对该电路的共模抑制比K CMRR 没有影响;
(3)电路对共模信号几乎没有放大作用,共模电压增益接近零。 因为电路中R1=R2、 R3=R4、 R5=R6 ，故可导出两级差模总增益为：
3
5P 1p i2i1o
vd R R R 2R R u u u A ???? ??+-=-=
通常，第一级增益要尽量高，第二级增益一般为1~2倍，这里第一级选择100倍，第二级为1倍。则取R3=R4=R5=R6=10K Ω,要求匹配性好，一般用金属膜精密电阻，阻值可在10K Ω~几百K Ω间选择。则
A vd =(R P +2R 1)/R P
先定R P ，通常在1K Ω~10K Ω内，这里取R P ＝1K Ω，则可由上式求得R 1=99R P /2=49.5K Ω
取标称值51KΩ。通常R S1和R S2不要超过R P/2，这里选R S1＝ R S2＝510，用于保护运放输入级。A1和A2应选用低温飘、高K CMRR的运放，性能一致性要好。
第二章集成运算放大器 题某集成运放的一个偏置电路如图题所示，设T1、T2管的参数完全相同。问： (1) T1、T2和R组成什么电路 (2) I C2与I REF有什么关系写出I C2的表达式。 图题解：(1) T1、T2和R2组成基本镜像电流源电路 (2) REF BE CC REF C R V V I I - = = 2 题在图题所示的差分放大电路中，已知晶体管的=80，r be=2 k。 (1) 求输入电阻R i和输出电阻R o； (2) 求差模电压放大倍数 vd A 。
图题解：(1) R i =2(r be +R e )=2×(2+= k Ω R o =2R c =10 k Ω (2) 6605 .08125 80)1(-=?+?-=β++β- =e be c vd R r R A 题 在图题所示的差动放大电路中，设T 1、T 2管特性对称， 1 = 2 =100，V BE =，且r bb ′=200，其余参数如图中所示。 (1) 计算T 1、T 2管的静态电流I CQ 和静态电压V CEQ ，若将R c1短路，其它参数不变，则T 1、T 2管的静态电流和电压如何变化 (2) 计算差模输入电阻R id 。当从单端（c 2）输出时的差模电压放 大倍数2 d A =； (3) 当两输入端加入共模信号时，求共模电压放大倍数2 c A 和共模抑制比K CMR ； (4) 当v I1=105 mV ，v I2=95 mV 时，问v C2相对于静态值变化了多少
e 点电位v E 变化了多少 解：(1) 求静态工作点： mA 56.010 2101/107 122)1/(1=?+-=+β+-= e b BE EE CQ R R V V I V 7.07.010100 56 .01-≈-?- =--=BE b BQ E V R I V V 1.77.01056.012=+?-=--=E c CQ CC CEQ V R I V V 若将R c1短路，则 mA 56.021==Q C Q C I I （不变） V 7.127.0121=+=-=E CC Q CE V V V V 1.77.01056.0122=+?-=--=E c CQ CC Q CE V R I V V （不变） (2) 计算差模输入电阻和差模电压放大倍数： Ω=?+=β++=k 9.456 .026 101200) 1('EQ T bb be I V r r Ω=+?=+=k 8.29)9.410(2)(2be b id r R R 5.338 .2910100)(22 =?=+β=be b c d r R R A (3) 求共模电压放大倍数和共模抑制比： 5.0201019.41010 1002)1(2 -=?++?-=β++β-=e be b c c R r R R A 675.05.332 2===c d CMR A A K （即）
苏州市职业大学实验报告姓名：学号：班级：
二、选好元器后，将所有元器件连接绘制成仿真电路（见图 1） R3 6.8k Q 三、仿真分析 1.静态工作点分析 1）调零。信号源先不接入回路中，将输入端对地短接，用万用表测量两个输出 节点，调节三极管的射极电位，使万用表的示数相同，即调整电路使左右完 全对称。测量电路及结果如图2所示 2）静态工作点调试。零点调好以后，可以用万用表测量 Q1、Q2管各电极电位, 结果如图 3 所示，测得 I B 1 15 A , I C 1 1.089mA , U CE 5.303V 。 2.测量差模放大倍数 将函数信号发生器XFG1的“ +”端接放大电路的R1输入端，“一”端接R2输入 端，COM 端接地。调节信号频率为1kHz ,输入电压10mV 调入双踪示波器，分别 接输入输出，如图4所示，观祭波形变化，示波器观祭到的差分放大电路输入、 输出波形如图5所示 R4 6.8k Q R1 ■ 酉 2 ?R6 >510 Q <3 ------- Q1 R8 12k Q 12 V 双端输入、 100Q Key=A 丄V2 -— 12 V 11 R5 5.1k 10 双端输出的长尾式差分放大电路 8 Q ■ 4 Q2 2N3903 R2 AAAr-| 2k Q 7 50% Rp1
4.607 V H-、4 -Q *: LR3 S : : ?6+BkQ : a ）： >R4 ：>G.?kn ............ R& '''' ---------- VA ---------- it：：12W5：：: 1 F ■! ■ I R1 .,,斗，- VA- :7W. . \ ■1 2M39G 3 :R2 ： : 2K1： 2N39G3 -” R6 5100 : ::5C% :10QQ ::Key=A 丄V2「::二12W TV '' 图2差分放大器电路调零
欧阳学文 差分放大电路 一. 实验目的: 1．掌握差分放大电路的基本概念； 2．了解零漂差生的原理与抑制零漂的方法； 3．掌握差分放大电路的基本测试方法。 二. 实验原理: 1.由运放构成的高阻抗差分放大电路 图为高输入阻抗差分放大器,应用十分广泛.从仪器测量放大器,到特种测量放大器,几乎都能见到其踪迹。 从图中可以看到A1、A2两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器A3串联组成三运放差分防大电路。电路中有关电阻保持严格对称,具有以下几个优点: (1)A1和A2提高了差模信号与共模信号之比,即提高了信噪比;
(2)在保证有关电阻严格对称的条件下,各电阻阻值的误差对该电路的共模抑制比KCMRR没有影响; (3)电路对共模信号几乎没有放大作用,共模电压增益接近零。 因为电路中R1=R2、R3=R4、R5=R6 ，故可导出两级差模总增益为： 通常，第一级增益要尽量高，第二级增益一般为1~2倍，这里第一级选择100倍，第二级为1倍。则取 R3=R4=R5=R6=10KΩ,要求匹配性好，一般用金属膜精密电阻，阻值可在10KΩ~几百KΩ间选择。则 Avd=(RP+2R1)/RP 先定RP，通常在1KΩ~10KΩ内，这里取RP＝1KΩ，则可由上式求得R1=99RP/2=49.5KΩ 取标称值51KΩ。通常RS1和RS2不要超过RP/2，这里选RS1＝RS2＝510，用于保护运放输入级。
A1和A2应选用低温飘、高KCMRR的运放，性能一致性要好。 三. 实验内容 1．搭接电路 2．静态调试 要求运放各管脚在零输入时，电位正常，与估算值基本 吻合。 3．动态调试 根据电路给定的参数，进行高阻抗差分放大电路的输出 测量。可分为差模、共模方式输入，自拟实验测试表 格，将测试结果记录在表格中。 1实验数据测量 改变输入信号，测量高阻抗差分放大电路的输出。输入数据表格如下：
复习题 一、填空： 1.为使BJT发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的条件是（发射极正偏，集电极 反偏）。 2.N型半导体是在纯硅或锗中加入（磷（+5））元素物质后形成的杂质半导体。 3.差分放大电路对（差模）信号有放大作用，对（共模）信号起到抑制作用。 4.在电容滤波和电感滤波中，（电感）滤波适用于大电流负载，（电容）滤波的直流输出电压高。 5．集成运放主要包括输入级、( 中间级)、( 输出级)和 ( 偏置)电路。其中输入级一般采用( 差分放大)电路。 6.为稳定放大器的静态工作点，应在放大电路中引入（直流负）反馈，为稳定放大器 的输出电压应引入（电压负）反馈。 7．甲类功放电路相比，乙类互补对称功率放大电路的优点是（效率高，管耗小），其最高效率可达到（ 78.5% ），但容易产生（交越）失真。 8．集成运算放大器是一种采用（直接）耦合方式的多级放大电路，它的输入级常采用差分电路形式，其作用主要是为了克服（零漂、温漂）。 9．若放大器输入信号电压为1mV,输出电压为1V，加入负反馈后，为达到同样输出需要的输入信号为10mV，该电路的反馈深度为（ 10 ）。 10．产生1Hz～1MHz范围内的低频信号一般采用（ RC ）振荡器，而产生1MHz以上的高频信号一般采用（ LC ）振荡器。 11．半导体二极管具有（单向导电）作用，稳压二极管用作稳压元件时工作在（反向击穿）状态。 12．晶体三极管是一种（电流控制电流）控制型器件，当工作在饱和区时应使其发射结（正偏）集电结（反偏），而场效应管是一种( 电压控制电流 ) 控制型器件。 13．集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻、（低）输出电阻的（直接）耦合方式的多级放大电路。 14．差分放大电路有四种输入－输出方式，其差模电压增益大小与输（出）有关而与输（入）方式无关。 15．在放大电路中引入（直流负）反馈可以稳定放大电路的静态工作点，。
差动放大器实验报告 以下是为大家整理的差动放大器实验报告的相关范文，本文关键词为差动,放大器,实验,报告,篇一,实验,差动,放大器,南昌大学，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在工作报告中查看更多范文。 篇一：实验五差动放大器 南昌大学实验报告 实验五差动放大器 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 下图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器Rp用来调节T1、T2管的静态工作点，使得输入信号ui＝0时，双端输出电压uo＝0。Re为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较
强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图5-1差动放大器实验电路 1、静态工作点的估算典型电路Ic1=Ic2=1/2Ie恒流源电路Ic1=Ic2=1/2Ic3 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 双端输出:Re＝∞，Rp在中心位置时， Ad? 单端输出 △uoβRc ?? △ui Rb?rbe??β)Rp 2 Ad1? △uc11?Ad △ui2 Ad2? △uc21 ??Ad △ui2 当输入共模信号时，若为单端输出，则有 △uc1?βRcR
Ac1?Ac2????c △uiR?r?(1?β)(1R?2R)2Re bbepe 3、共模抑制比cmRR2 为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比AA cmRR?d或cmRR?20Logd?db? AcAc 三、实验设备与器材 1、函数信号发生器 2、示波器 3、交流毫伏表 4、万用表 5、实验箱 6、差动放大器集成块 四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 按图5-1连接实验电路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。 1)测量静态工作点2)①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端A、b与地短接，接通±12V直流电源，用直流电压表测量输出电压uo，调节调零电位器Rp，使uo＝0。调节要仔细，力求准确。 ②测量静态工作点 零点调好以后，用直流电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻Re两端电压uRe，记入表5－1。
差分放大电路的组成及输入输出方式
30/117 7.4 差分放大电路 7.4.1 差分放大电路的工作原理及性能分析 7.4.2 改进型差分放大电路 7.4.3 差分放大电路的失调与温飘
31/117 7.4.1差分放大电路的工作原理及性能分析 1.差分放大电路的组成 由对称的两个放大 电路组成。如CE差分放 大电路由完全对称的两 个共射放大电路组成， 通过射极公共电阻R 耦 ee 合构成的。 说明：差分放大电路简称为差放，也称为差动放大电路。
对称 两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。 h fe1=h fe2=h fe U BE1=U BE2= U BE h ie1= h ie2= h ie I CBO1=I CBO2= I CBO R C1=R C2= R C R b1=R b2= R b
2. 差分电路的输入输出方式 输入方式 u i 单端输入 双端输入 i1 u i2 u o1 u o u o2 输出方式 单端输出 双端输出 3. 差模信号和共模信号 - 差模信号 一对大小相等、极性相反的信号称为差模信号，用U id1、U id2表示， U id1= - U id2 ，。 共模信号 + - - + 一对大小相等，极性相同的信号称为共模信号，用U ic1、U ic2表示，U ic1= U ic2
4. 差模输入、共模输入和任意输入 差模输入当差放的两个输入为差模信号时，称为差模输 入方式。 共模输入当差放的两个输入为共模信号时，称为共模输入方式。 对于差放的两个输入为任意信号u i1、u i2 时，分析时 可将它们分解成一对共模信号和一对差模信号。 u i1=u ic1+u id1 u i2=u ic2+u id2u ic1=u ic2=(u i1+u i2)/2 u id1=-u id2=(u i1-u i2)/2 分解任意输入信号的一般公式为：任意输入
差分放大器AD813x常见问题解答 问题：如何计算差分放大器电路的增益，如何分析差分放大器电路？ 答案：如图所示，差分放大电路分析的基本原则与普通运算放大器中虚断虚短原则相同，同 时还具有其特有的分析原则： 差分放大器电路分析图 1．同向反向输入端的电流为零，即虚断原则。 2．同向反相输入端的电压相同，即虚短原则。 3．输出的差分信号幅度相同，相位相差180度，以Vocm共模电压为中心对称。 4．依照上述三个原则，差分信号的增益为Gain＝R F/R G。 问题：为什么电路的输出不正确？ 答案：对于差分放大器的应用来讲，要得到正确的输出，必须要注意以下几点： 1．输出信号的摆幅必须在数据手册指定的范围内。以AD8137为例，在单电源5V的情况下，V out-与V out+都必须在450mV～4.55V之内（见下表） 2．输入端信号的范围必须在数据手册指定的范围之内。以AD8137为例，在单电源5V的情况下，+IN与-IN的电压必须在1～4V之内。（见下表） 数据手册单电源5V供电的芯片指标
在你的电路中，一定要先进行分析计算，检查输出端电压和输入端共模信号的范围是否在数据手册指定范围之内（请注意电源电压的条件）。对于单电源供电的情况，更容易出现问题。 下面我们以AD8137举例说明怎样判断电路是否能够正常工作？ AD8137双电源供电放大电路 如图，这是AD8137在+/-5V电源供电情况下的一个放大电路。输入是一个8Vpp的信号。按照虚短、虚断的原则，根据2.1的分析，差分信号增益是1，即，差分输出每一端的摆幅都是+/-2V，但相位相差180度。由于Vocm加入了2.5V的共模电压，因此得到Voutp和Voutn的电压为2.5V+/-2.0 V和2.5V-/+2.0V，即0.5V～4.5V的范围内。这个信号范围符合数据手册+/-5V电源供电情况下的指标（－4.55V~+4.55V）。
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
电子与电气工程学院 课程设计报告 课程名称模拟电子技术课程设计设计题目差动式放大电路 所学专业名称 班级 学号 学生姓名 指导教师 年月日
电气学院模拟电子技术课程设计 任务书 设计名称：差动式放大电路 学生姓名：指导教师： 起止时间：自年月日起至年月日止 一、课程设计目的 利用Multisim设计一个差动式放大电路。 二、课程设计任务和基本要求 设计任务：能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握设计的基本方法和步骤。 基本要求： 1. 加深对差动放大器性能及特点的理解； 2. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法； 3.在仿真软件中进行调试检测完成课程任务； 4.撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求，字数要求3000字以上。 目录 摘要与关键词 (4)
1.设计任务 (4) 2.系统工作原理 (4) 3.总电路图设计 (5) 4.仿真测试与分析 (7) 4.1 静态工作点分析 (7) 4.2 直流信号输入 (7) 4.2.1 直流差模信号分析 (7) 4.2.2 直流共模信号分析 (8) 4.3 交流信号输入 (8) 4.4 双端输入分析 (10) 4.4.1 单端输入共模信号分析 (10) 4.4.2 双端输入共模信号分析 (11) 5.设计总结 (13) 6.主要参考文献 (13)
摘要与关键词 摘要：差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。 关键词：差动放大器；Multisim软件；示波器；耦合器；晶体管 1.设计任务 利用Multisim设计一个差动式放大电路。主要参数：选用三极管2N2222A，采用±12V的双电源，差模电压增益|Avd|>20，共模抑制比KCMR>>20. 2.系统工作原理 图一系统工作原理图 单元单路的设计与选择 如图所示采用两个完全一样的三极管组成对称式结构作为差分放大电路的基本单元。
一、填空题 1．射极输出器的主要特点是电压放大倍数小于而接近于1， 输入电阻高 、 输出电阻低 。 2．三极管的偏置情况为 发射结正向偏置，集电结反向偏置 时，三极管处于饱和状态。 3．射极输出器可以用作多级放大器的输入级，是因为射极输出器的 输入电阻高 。 4．射极输出器可以用作多级放大器的输出级，是因为射极输出器的 输出电阻低 。 5．常用的静态工作点稳定的电路为 分压式偏置放大 电路。 6．为使电压放大电路中的三极管能正常工作，必须选择合适的 静态工作点 。 7．三极管放大电路静态分析就是要计算静态工作点，即计算 I B 、 I C 、 U CE 三个值。 8．共集放大电路（射极输出器）的 集电极 极是输入、输出回路公共端。 9．共集放大电路（射极输出器）是因为信号从 发射极 极输出而得名。（） 10．射极输出器又称为电压跟随器，是因为其电压放大倍数 电压放大倍数接近于1 。 11．画放大电路的直流通路时，电路中的电容应 断开 。 12．画放大电路的交流通路时，电路中的电容应 短路 。 13．若静态工作点选得过高，容易产生 饱和 失真。 14．若静态工作点选得过低，容易产生 截止 失真。 15．放大电路有交流信号时的状态称为 动态 。 16．当 输入信号为零 时，放大电路的工作状态称为静态。 17．当 输入信号不为零 时，放大电路的工作状态称为动态。 18．放大电路的静态分析方法有 估算法 、 图解法 。 19．放大电路的动态分析方法有 微变等效电路法 、 图解法 。 20．放大电路输出信号的能量来自 直流电源 。 二、选择题 1、在图示电路中，已知U C C ＝12V ，晶体管的β＝100，' b R ＝100k Ω。当i U ＝0V 时， 测得U B E ＝0.7V ，若要基极电流I B ＝20μA ，则R W 为 k Ω。A A. 465 B. 565 C.400 D.300 2.在图示电路中，已知U C C ＝12V ，晶体管的β＝100，若测得I B ＝20μA ，U C E ＝6V ，则R c ＝ k Ω。A A.3 B.4 C.6 D.300
实验四 两级放大电路 一、实验目的 l 、掌握如何合理设置静态工作点。 2、学会放大器频率特性测试方法。 3、了解放大器的失真及消除方法。 二、实验原理 1、对于二极放大电路，习惯上规定第一级是从信号源到第二个晶体管BG2的基极，第二级是从第二个晶体管的基极到负载，这样两极放大器的电压总增益Av 为： 2V 1V 1 i 1 O 2i 2O 1i 2O ,i 2O S 2O V A A V V V V V V V V V V A ?=?==== 式中电压均为有效值，且2i 1O V V =，由此可见，两级放大器电压总增益是单级电压增益的乘积，由结论可推广到多级放大器。 当忽略信号源内阻R S 和偏流电阻R b 的影响，放大器的中频电压增益为： 1be 2 be 1C 1be 1L 11i 1O S 1O 1V r r //R 1 r R V V V V A β-='β-=== 2 be L 2C 2 2be 2L 21O 2O 1i 2O 2V r R //R r R V V V V A β-='β-=== 2 be L 2C 2 1be 2be 1C 12V 1V V r R //R r r //R A A A β?β=?= 必须要注意的是A V1、A V2都是考虑了下一级输入电阻（或负载）的影响，所以第一级的输出电压即为第二级的输入电压，而不是第一级的开路输出电压，当第一级增益已计入下级输入电阻的影响后，在计算第二级增益时，就不必再考虑前级的输出阻抗，否则计算就重复了。 2、在两极放大器中β和I E 的提高，必须全面考虑，是前后级相互影响的关系。 3、对两级电路参数相同的放大器其单级通频带相同，而总的通频带将变窄。 ) dB (A log 20G 式中G G G V u o 2u o 1u uo =+= 三、实验仪器 l 、双踪示波器。 2、数字万用表。 3、信号发生器。 4、毫伏表 5、分立元件放大电路模块 四、实验内容 1、实验电路见图4-1
第二章 题3.2.1 某集成运放的一个偏置电路如图题3.2.1所示，设T 1、T 2管的参数完全相同。问： (1) T 1、T 2和R 组成什么电路？ (2) I C2与I REF 有什么关系？写出I C2的表达式。 图题3.2.1 解：(1) T 1、T 2和R 2组成基本镜像电流源电路 (2) REF BE CC REF C R V V I I -==2 题3.2.2 在图题3.2.2所示的差分放大电路中，已知晶体管的β =80，r be =2 k Ω。 (1) 求输入电阻R i 和输出电阻R o ； (2) 求差模电压放大倍数vd A 。 图题3.2.2 解：(1) R i =2(r be +R e )=2×(2+0.05)=4.1 k Ω R o =2R c =10 k Ω (2) 6605 .0812580)1(-=?+?-=β++β-=e be c vd R r R A 题3.2.3 在图题3.2.3所示的差动放大电路中，设T 1、T 2管特性对称，β1=β2=100，V BE =0.7V ，且r bb ′=200Ω，其余参数如图中所示。 (1) 计算T 1、T 2管的静态电流I CQ 和静态电压V CEQ ，若将R c1短路，其它参数不变，则
T 1、T 2管的静态电流和电压如何变化？ (2) 计算差模输入电阻R id 。当从单端（c 2）输出时的差模电压放大倍数2 d A =?； (3) 当两输入端加入共模信号时，求共模电压放大倍数2 c A 和共模抑制比K CMR ； (4) 当v I1=105 mV ，v I2=95 mV 时，问v C2相对于静态值变化了多少？e 点电位v E 变化了多少？ 解：(1) 求静态工作点： mA 56.010 2101/107122)1/(1=?+-=+β+-=e b BE EE CQ R R V V I V 7.07.010100 56.01-≈-?-=--=BE b BQ E V R I V V 1.77.01056.012=+?-=--=E c CQ CC CEQ V R I V V 若将R c1短路，则 mA 56.021==Q C Q C I I （不变） V 7.127.0121=+=-=E CC Q CE V V V V 1.77.01056.0122=+?-=--=E c CQ CC Q CE V R I V V （不变） (2) 计算差模输入电阻和差模电压放大倍数： Ω=?+=β++=k 9.456 .026101200)1('EQ T bb be I V r r Ω=+?=+=k 8.29)9.410(2)(2be b id r R R 5.338 .2910100)(22=?=+β=be b c d r R R A (3) 求共模电压放大倍数和共模抑制比： 5.020 1019.410101002)1(2-=?++?-=β++β-=e be b c c R r R R A 675.05.332 2===c d CMR A A K （即36.5dB ） (4) 当v I1=105 mV ，v I2=95 mV 时， mV 109510521=-=-=I I Id v v v mV 1002 95105221=+=+=I I Ic v v v mV 285100)5.0(105.33222=?-+?=?+?=?Ic c I d d O v A v A v 所以，V O2相对于静态值增加了285 mV 。 由于E 点在差模等效电路中交流接地，在共模等效电路中V E 随共模输入电压的变化
电流镜负载的差分放大器设计 摘要 在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。而且，工作在饱和区的MOS器件可以当作一个电流源。 在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。而电流镜的作用就是精确地复制电流而不受工艺和温度的影响。在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。而本题就是利用这一原理来实现的。
一、设计目标（题目） (3) 二、相关背景知识 (4) 1、单个MOSTFET的主要参数包括： (4) 三、设计过程 (5) 1、电路结构 (5) 2、主要电路参数的手工推导 (6) 3、参数验证（手工推导） (7) 四、电路仿真 (7) 1、NMOS特性仿真及参数推导 (7) 2、PMOS特性仿真及参数推导 (10) 3、最小共模输入电压仿真 (12) 4、电流镜负载的差分放大器特性仿真及参数推导 (14) 五、性能指标对比 (18) 六、心得 (18)
一、设计目标（题目） 电流镜负载的差分放大器 设计一款差分放大器，要求满足性能指标： ● 负载电容pF C L 1= ● V VDD 5= ● 对管的m 取4的倍数 ● 低频开环增益>100 ● GBW(增益带宽积)>30MHz ● 输入共模范围>3V ● 功耗、面积尽量小 参考电路图如下图所示 设计步骤： 1、仿真单个MOS 的特性，得到某W/L 下的MOS 管的小信号输出电阻和跨导。 2、根据上述仿真得到的器件特性，推导上述电路中的器件参数。 3、手工推导上述尺寸下的差分级放大器的直流工作点、小信号增益、带宽、输入共模范围。
差动放大电路的分析与综合（计算与设计）实验报告 1、实验时间 10月31日(周五)17:50-21:00 2、实验地点 实验楼902 3、实验目的 1. 熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 2. 加深对差动放大器性能及特点的理解 3. 学习差动放大电路静态工作点的测量 4. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 5. 熟悉恒流源的恒流特性 6. 通过对典型差动放大器的分析，锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 7. 练习使用电路仿真软件，辅助分析设计实际应用电路 8. 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力 4、实验仪器 数字示波器、数字万用表、模拟实验板、三极管、电容电阻若干、连接线 5、电路原理 1. 基本差动放大器 图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。 部分模拟图如下 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有平衡电位器的 差动放大器 图是差动放大器的结 构。它由两个元件参数相 近的基本共射放大电路组 成。 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据
3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有恒流源的差动放大器 图2-3是差动放大器的结构。它由两个元件参数相近的基本共射放大电路组成。 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 图3.1 差动放大器实验电路 当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。晶体管 T 3 与电阻3E R 共同组成镜象恒流源电路 , 为差动放大器提供恒定电流E I 。用晶体管恒流源代替发射极电阻 E R ，可以进一步提高差动 放大器抑制共模信号的能 力。 1、差动电路的输入输 出方式 根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式,即 : (l) 双端输入 -双端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 、2o V 两端。 (2) 双端输入 -单端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 或2o V 到地。 (3) 单端输入一双端输出，将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 、2o V 两端。 (4) 单端输入 -单端输出 将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 或2o V 到地。
第四章多级放大电路习题答案3.1学习要求 （1）了解多级放大电路的概念，掌握两级阻容耦合放大电路的分析方法。 （2）了解差动放大电路的工作原理及差模信号和共模信号的概念。 （3）理解基本互补对称功率放大电路的工作原理。 3.2学习指导 本章重点： （1）多级放大电路的分析方法。 （2）差动放大电路的工作原理及分析方法。 本章难点： （1）多级放大电路电压放大倍数的计算。 （2）差动放大电路的工作原理及分析方法。 （3）反馈的极性与类型的判断。 本章考点： （1）阻容耦合多级放大电路的静态和动态分析计算。 （2）简单差动放大电路的分析计算。 3.2.1多级放大电路的耦合方式 1．阻容耦合 各级之间通过耦合电容和下一级的输入电阻连接。优点是各级静态工作点互不影响，可单独调整、计算，且不存在零点漂移问题；缺点是不能用来放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号，且不能在集成电路中采用阻容耦合方式。 静态分析：各级分别计算。
动态分析：一般采用微变等效电路法。两级阻容耦合放大电路的电压放大倍数为： 其中i2L1r R =。 多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，输出电阻就是最后一级的输出电阻。 2．直接耦合 各级之间直接用导线连接。优点是可放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号时，且适宜于集成；缺点是各级静态工作点互相影响，且存在零点漂移问题，即当0i =u 时0o ≠u （有静态电位）。引起零点漂移的原因主要是三极管参数（I CBO ，U BE ，β）随温度的变化，电源电压的波动，电路元件参数的变化等。 3.2.2差动放大电路 1．电路组成和工作原理 差动放大电路由完全相同的两个单管放大电路组成，两个晶体管特性一致，两侧电路参数对称，是抑制直接耦合放大电路零点漂移的最有效电路。 2．信号输入 （1）共模输入。两个输入信号的大小相等、极性相同，即ic i2i1u u u ==。在共模输入信号作用下，电路的输出电压0o =u ，共模电压放大倍数0c =A 。 （2）差模输入。两个输入信号的大小相等、极性相反，即id i2i12 1u u u =-=。在共模输入 信号作用下，电路的输出电压o1o 2u u =，差模电压放大倍数d1d A A =。 （3）比较输入。两个输入信号大小不等、极性可相同或相反，即i2i1u u ≠，可分解为共模信号和差模信号的组合，即： 式中u ic 为共模信号，u id 为差模信号，分别为： 输出电压为： 3．共模抑制比 共模抑制比是衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力的重要指标，定义为A d 与A c 之比的绝对值，即： 或用对数形式表示为：
几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：
这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。
加法器及差分放大器项目实验报告 一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)25(21i i O U U U +-=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电 压波形。 C ：输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。 D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，改变正弦波的频率，从1kHz 逐渐增加，步长为 2kHz ，测量该加法器的幅频特性。 2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系：21i i O U U U +=。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压 波形。 （二）、差分放大器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容 2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)(521i i O U U U --=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件
全差分运算放大器设计 岳生生（0126） 一、设计指标 以上华CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： 直流增益：>80dB 单位增益带宽：>50MHz 负载电容：＝5pF 相位裕量：>60度 增益裕量：>12dB 差分压摆率：>200V/us 共模电压：(VDD=5V) 差分输入摆幅：>±4V 运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的 ,DSAT N V 之和小于，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于。对于单 级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 性能指标分析 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1 1 1 3 5 7 1 1 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益9 2 2 9 11 2 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=-+P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 1）、输入级： max 1max |2| Cc out DS C C d SR dt I v I C C = = = 单位增益带宽1m u C g C ω= ，可以得到 1m C u g C ω =