典型差分放大电路

实验十差分放大电路一、实验目的1、掌握差动放大电路原理与主要技术指标的测试方法。

2、掌握差动放大电路与具有镜像恒流源的差分放大电路的性能差别，明确提高性能的措施。

二、预习要求1．复习差分放大器工作原理及性能分析方法。

2．阅读实验原理，熟悉试验内容及步骤。

3．估算电路图的静态工作点，设各三极管β=30，rbe=1kΩ。

三、实验原理与参考电路1、差分放大电路的特点差分放大电路时模拟电路基本单元电路之一，是直接耦合放大电路的最佳电路形式，具有放差模信号、抑制共模干扰信号和零点漂移的功能。

图4.10.1所示电路，当开关S置于位置“1”时为典型差分放大电路；当开关S置于位置“2”时为镜像恒流源的差分放大电路。

图中三极管T3的；交流等效电阻rce3'远远大于Re，所以，恒流源差分放大电路对共模信号的抑制能力得到大大提高，故具有更高的共模抑制比KCMR。

实验电路采用5G921S型集成双差分对管。

由于制作差分对管的材料、工艺和使用环境相同、所以四只管子技术参数一直很好。

其外引线排列如图4.10.2所以。

1、8脚应接到电路的零电位上。

即使采用在同一基片上制造出阿里的差分对管也不能保证绝对的对称，因此，电路中还没有调零电位器RP1可使三极管T1、T2的集电极静态电流相等。

当放大其输入信号为零时，输出电压也为零。

R1、R2为均值电阻。

当采用平衡输入时，因 R1=R2，且两电阻中间接地，故输入信号能平均分配到T1、T2管发射结上，从而获得差模输入信号。

Re为T1、T2管发射极公共电阻，对其共模干扰信号具有很强的见交流负反馈作用，且Re越大，共模抑制比KCMR越高；Re对差模信号无负反馈作用，不影响差模放大倍数，但具有很强的直流负反馈作用，可稳定T1、T2两管的静态工作点并抑制输出端零点漂移。

电位器为Rp2为静态工作点调整电位器，调节Rp2可改变基准电流IREF，因为VBE3=VBE4、R5=R6，所以T1、T2的工作电流之和为ICQ1+ICQ2=2ICQ1=ICQ3=IREF。

典型差分放大电路 1、典型差分放大电路的静态分析1电路组成2静态工作点的计算静态时：v s1=v s2=0, 电路完全对称,所以有I B Rs1+U BE +2I E Re=V EE 又∵ I E =1+βI B ∴ I B1=I B2=I B =通常Rs<<1+βRe,U BE =硅管: I B1=I B2=I B = 因： I C1=I C2=I C =βI B 故： U CE1=U CE2=V CC －I C Rc静态工作电流取决于V EE 和Re;同时,在输入信号为零时,输出信号电压也为零u o= Vc1－VC2=0,即该差放电路有零输入——零输出; 2、差分放大电路的动态分析 1差模信号输入时的动态分析如果两个输入端的信号大小相等、极性相反,即()es BEEE R 12R U V β++-v s1=- v s2= 或v s1- v s2= u idu id称为差模输入信号;在输入为差模方式时,若一个三极管的集电极电流增大时,则另一个三极管的集电极电流一定减小;在电路理想对称的条件下,有：i c1=- i c2; Re上的电流为：i E=i E1+i E2=I E1+ i e1+I E2+ i e2电路对称时,有I E1= I E2= I E、i e1=- i e2,使流过Re上的电流i E=2I E不变,则发射极的电位也保持不变;差模信号的交流通路如图:差模信号下不同工作方式的讨论:①双端输入—双端输出放大倍数：当输入信号从两个三极管的基极间加入、输出电压从两个三极管的集电极之间输出时,称之为双端输入—双端输出,其差模电压增益与单管放大电路的电压增益相同,无负载的情况下:当两集电极c1、c2间接入负载电阻RL时,双端输入—双端输出时的差模电压放大倍数为：bescs1o1s2s1o2o1idoud rRR22uuA+-==--==βvvvvvvbeLrR+-==s'idoud RuuAβ2R//RR'LcL=❖ 输入电阻： 输出电阻：Rod ≈2Rc ② 双端输入—单端输出 ❖ 放大倍数：❖ 输入电阻：Rid=2rbe❖ 单端输出时的等效电阻为： Rod ≈Rc 2共模输入时的动态分析如果两个输入端信号大小相等、相位相同,即： v s1=v s2=u ic 则称为共模输入信号,用u ic 表示 ;其共模交流通路如图:① 双端输入—双端输出输出的共模电压u oc=v c1－v c2=0,双端输出时的共模电压增益为： ② 双端输入—单端输出其共模电压增益为 计算共模放大倍数Av c 时,由于两个输入信号相等,R e 等效为2R e;Av c 的大小,取决于差分电路的对称性,双端输出时等于零;单端输出时交流通路如图所示;()be bs b be s b bs b d dr2i R i 2R i 2i R i 2u R =-+=-=r i i 0u u u A icc2c1ic oc uc =-==v v ec ic c2ic c1ic oc uc 2R Ru u u u A -≈===v v ()be u u r R 2R 2A s cs1o1s2s1o1id o ud +-==-==βv v v v v综上: 2 双端输入单端输出差模电压放大倍数21111d -i i o id o v v v v v v A ==be L c )//(21-r R R β=be'21-r R Lβ= 共模抑制比K CMR 或双端输出时由于Avc 等于零,K CMR 可认为等于无穷大,单端输出时共模抑制比：恒流源电路的基准电流为：I REF ≈I E4= 又因I E3R3≈I E4R2,所以有I0≈I E3≈ 即三极管V3、 V4及R1、R2、R3等值确定,则I0为一定值;差模特性 741型运放A v O 的频率响应 -()dB lg20VCVDCMR A A K =beeeL be L 11CMR ≈2/'2/'r R R R r R A A K vc vd ββ==21BE4EECCRR UV V +-+REF 32E432I R R I R R =bes cs1o1s2s1o2o1ido udr R R 22u u A +-==--==βv v v v v v 0u u u A icc2c1ic oc uc =-==v v VCVD CMR A A K =开环差模电压增益Av O 开环带宽BW f H 单位增益带宽 BW G f T差模特性2. 差模输入电阻r id 和输出电阻r o➢ BJT 输入级的运放r id 一般在几百千欧到数兆欧 ➢ MOSFET 为输入级的运放r id ＞1012Ω ➢ 超高输入电阻运放r id ＞1013Ω、I IB ≤➢ 一般运放的r o ＜200Ω,而超高速AD9610的r o ＝Ω 3. 最大差模输入电压V idmax 共模特性1. 共模抑制比K CMR 和共模输入电阻r ic一般通用型运放K CMR 为80～120dB,高精度运放可达140dB,r ic ≥100M Ω;2. 最大共模输入电压V icmax一般指运放在作电压跟随器时,使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值,高质量的运放可达± 13V;功率放大器性能分析 1 输出功率:cem cm cem cm o V I V I P 2122=•=L cemL cm R V R I 222121==如果输入足够大,使输出达到最大值 ＶCC-VCES ,此时的功率为最大不失真输出功率 Pom ()LCC L CES CC om R VR V V P 2221≈-21=2 电源提供的功率每个电源只提供半个周期的电流,电源提供的平均功率为：)(sin 2120t d t I V P cm CCV ωωππ⎰•=πcmCC I V 2=3 电路的效率电路的效率是指输出功率与电源提供的功率之比:在输出最大V om ≈ＶCC 时得到最大输出功率:4 管耗时t V v om o ωsin = ⎰=πωπ1)-(21t d R v v V P L o o CCT )4-(12omom CC L V V V R π=V om=0时管耗为0 V om= VCC 时管耗为: ππ4421-=L CC T R V P5 最大管耗与输出功率的关系乙类互补对称电路输入为0时,输出为0,管耗也为0,所以输入较小时管耗较小；但输出信号越大并不意味着管耗也越大; 管耗最大发生在0/1=om T dV dP 时 此时：CC CCom V V V 6.0≈2π=om CCL T P V R P 2.0122max 1≈=πCC cemCCL cm cm CC L cm V o V V V R I I V RI P P •=•===442212πππη%5.78≈42/2ππη===cm CC CC cm Vom I V V I P P。

运算放大器差分放大电路
运算放大器差分放大电路指的是使用运算放大器（Op Amp）实现差分放大的电路。

在差分放大器中，信号会在输入级别被放大，但在输出之前会进行相位反转，因此所得到的输出值是输入信号的差值，即其中一个输入信号与另一个输入信号的差值。

差分放大器通常用于取样、保持进行差分放大的信号，以便对其进行进一步的处理。

在很多应用中，差分放大器用于测量两个不同信号之间的差异，比如测量温度差异或测量声音强度差异。

差分放大电路的一般设计如下：
其中，VSIN1和VSIN2是分别连接到差分放大器的两个输入端的信号源，R1、R2、R3和R4是用于实现放大增益的电阻，VOUT是差分放大器的输出，RL是用于连接到输出端的负载电阻。

在差分放大器电路中，R1和R2连接到运算放大器的反馈回路，使得输出与反馈端起到持平作用，因此差分放大器的输出与差异信号的放大比率为：
$$\frac{R2}{R1}*\frac{R4}{R3}$$。

当输入信号VSIN1和VSIN2之间没有差异时，输出电压为零。

如果有一个信号比另一个信号高，则会在输出电压端产生一个差异值。

差分放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此它可以将两个信号源之间的电压差放大到较高的电平，从而提高系统的信噪比（SNR）。

由于其高精度和低噪声等优点，差分放大器常用于测量、控制、信号处理以及医疗和科学领域的应用中。

实验三—差分式放大电路实验内容：一、典型差分式放大电路性能测试实验电路如图，开关K拨向左边构成典型差分式放大电路。

1.测量静态工作点①调节放大电路零点信号源不接入。

将放大电路输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用万用表测量输出电压Vo，调节调零电位器Rp，使Vo=0.调节要仔细，力求准确。

②测量静态工作点零点调好后，用万用表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端的电压VBE，记录表中。

2.测量差模电压增益断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大电路输入A端，地端接放大电路输入B端构成差模输入方式，调节输入信号为频率f=1KHz的正弦信号，并使输出旋钮置零，用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）。

接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压Vi（约100mV），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表Vi,V C1,V C2,记录在表中，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V BE 随Vi改变而变化的情况。

2.测量共模电压增益将差分放大电路A、B短接，信号源接在A端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号f=1KHz,Vi=1V,在输出电压无失真的情况下，测量V C1、V C2的值记录下表，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V RE随Vi改变而改变的情况。

二、具有恒流源的差分放大电路性能测试将电路图中的开关K拨向右边，构成具有恒流源的差分式放大电路，重复一——2、3实验内容的要求，记录入上表。

典型差分式放大电路vi,vc1,vc2的图像：共模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系差模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系具有恒流源的差分放大电路vi,vc1,vc2的图像：差模输入vi与vc1相位关系左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系在共模输入时，V i增大，V RE增大；差输入时，V RE很小，V i变化时，V RE变化不明显。

四种差分放大电路的放大倍数差分放大电路是一种用于放大差分信号的电路，在许多应用中都有广泛的应用，如在通信、音频放大、电路控制等方面。

差分放大电路有很多种类型，每一种类型都有自己的特点和适用范围。

本文将介绍四种典型的差分放大电路及其放大倍数。

一、基本差分放大电路基本差分放大电路是由两个晶体管组成的放大器，其中一个管为PNP型管，另一个为NPN型管，所以它也被称为PNP-NPN对差分放大器。

该电路的输入端是一个差分信号，输出端是差分信号的放大信号。

它的放大倍数可以分为交流放大倍数和直流放大倍数两种情况。

交流放大倍数是指在差分信号的交流信号中，输出信号放大的倍数。

基本差分放大电路的交流放大倍数为RC/L1的电阻倍数，其中RC是输出端的负载电阻，L1是输入端的电感。

它还受到晶体管的放大度和共模抑制比等因素的影响。

如果输入端的电阻和电感的比值适当，则交流放大倍数可以达到几百倍。

直流放大倍数是指在差分信号的直流信号中，输出信号放大的倍数。

基本差分放大电路的直流放大倍数由晶体管上的基极电阻和负载电阻决定，它通常在几十倍到几百倍之间。

但由于晶体管的特性参数都有所不同，所以直流放大倍数也会有所不同。

长尾对差分放大电路的交流放大倍数与基本差分放大电路类似，仍然受到负载电阻、输入电感等因素的影响，但它的直流放大倍数明显优于基本差分放大电路。

直流放大倍数通常在几十倍到几百倍之间。

三、差动对称放大电路差动对称放大电路的交流放大倍数主要由负载电阻和输入电感共同决定。

输入电感的质量越好，其放大倍数越高。

由于该电路采用了对称结构，因此共模抑制比很高，可以达到90dB以上。

直流放大倍数通常也在几十倍到几百倍之间。

差分对数放大电路的交流放大倍数很大，可以达到1000倍以上。

直流放大倍数则是由电区电阻大小决定，一般在几十倍到几百倍之间。

此外，差分对数放大电路还有一个特点是输入信号的比例关系，当输入信号比例为1:1000时，输出信号的比例为1:1，因此可以实现对低电平信号的有效放大。