极管差分放大器

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。

差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。

由于集成电路中晶体管的一致性好，且大电容不易制造，差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。

电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多，但在音频领域内实际应用并不多。

其基本电路如上图所示。

当两个电子管的特性一致时，两管的屏流相等，两个输出端的电压幅值相等，相位相反。

由于阴极电阻R5的作用，在电子管的栅极输入信号时，一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少，并且增加量与减少量相等，而输出电压则是二者之差，这正是差分电路名称的由来。

但当电子管的工作点选择不当时，仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况，即放大器出现了失真。

当双端输出时，失真被抵销一大部分，而单端输出时，失真并不能被抵销，与单管放大器（工作点相同）差不多。

电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高，两管一致性越好，电路性能越好。

此外还与阴极电阻R5有关，R5越大，电路性能越好。

但阴极电阻大，相应要求负电源电压高。

例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ，若每管屏流为1mA，则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。

为此，也可采用在阴极电路接入恒流源的方法，如下图所示，但又增加了电路的复杂性，恒流源除可采用晶体管，也可采用恒流二极管或电子管，此时，阴极负电压只需10～20V。

在采用阴极电阻的情况下，电阻大小可用下式计算：R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压，VG为栅负压，I为单管屏极电流。

当｜VS｜｜VG｜时，可按R5＝VS2／2I选取电阻。

当电阻接入电路后，其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异，但不影响正常工作）。

较之单管放大器，电子管差分放大器有如下优点：1.省去了阴极旁路电路，电路频响可至OHz，成为直流放大器，但高端频响不变。

2.具有高的共模抑制能力，对共模干扰、噪声及电源电压变化不敏感。

差分运算放大电路（也称为差动放大器）设计时特别注重抑制由于温度变化导致的输入失调电压的变化，即温漂（Temperature Drift）。

在晶体管或场效应管组成的差分对中，两个对称结构的器件并联连接，它们的基极（或栅极）接收一对大小相等、极性相反的输入信号。

当环境温度变化时，通常会引起晶体管参数（如发射结电压Vbe）的变化，进而产生失调电压。

差分放大电路抑制温漂的主要原理和机制包括：
1. 元件匹配：通过使用特性尽可能一致的晶体管，并采取精密的布局和布线，使得两管受温度影响产生的失调电压趋于相同，在差分模式下相互抵消。

2. 负反馈机制：长尾电阻（共模负反馈电阻）能够有效地将共模信号（例如由温度引起的共同变化）转化为差模信号，然后被差分放大器本身所抑制。

3. 恒流源偏置：如果差分对的发射极加载一个恒定电流源，而不是简单的电阻，那么即使温度变化引起晶体管的发射极-基极电压Vbe发生变化，恒流源会维持集电极电流的稳定，进一步减少温度对输出电压的影
响。

通过这些设计手段，差分运算放大器能够显著地降低由温度引起的零点漂移，从而提高了电路在不同温度条件下的稳定性与精度。

差分放大器的概念及计算公式差分放大器是一种常用的放大电路，它具有抵消共模干扰的能力，可以有效地放大差模信号。

在差分放大器中，两个输入信号分别加到两个输入端上，而输出信号则是输入信号的差值经过放大的结果。

差分放大器通常由一个NPN型晶体管和一个PNP型晶体管组成，其输入电路是一个差模输入，输出电路是单端输出。

差分放大器的运算是利用晶体管的放大特性来实现的。

差分放大器的输入电阻很高，输出电阻很低，可克服信号源和负载的不匹配。

在实际应用中，差分放大器通常用于放大低频信号，如微弱的生物电信号、传感器信号等。

在差分放大器中，差模增益(A_dm)和共模增益(A_cm)是两个重要的参数。

差模增益(A_dm)是指差模信号的放大倍数，共模增益(A_cm)是指共模信号的放大倍数。

差模放大倍数越大，差模放大效果越好；共模放大倍数越小，共模抑制效果越好。

差分放大器的差模增益(A_dm)可以通过下面的计算公式来计算：A_dm = (gm * R_c) / 2其中，gm是晶体管的跨导，R_c是集电极负载电阻。

差分放大器的共模增益(A_cm)可以通过下面的计算公式来计算：A_cm = (gm * R_c) / [(1 + gm * R_e) * (1 + gm * R_c)]其中，R_e是发射极电阻。

差分放大器的共模抑制比(CMR)可以通过下面的计算公式来计算：CMR = 20 * log10(A_dm / A_cm)其中，log10是以10为底的对数函数。

差分放大器的输入偏置电流(I_bias)可以通过下面的计算公式来计算：I_bias = (I_c1 + I_c2) / 2其中，I_c1和I_c2分别是晶体管1和晶体管2的集电极电流。

差分放大器的输入偏置电压(V_bias)可以通过下面的计算公式来计算：V_bias = (V_be1 + V_be2) / 2其中，V_be1和V_be2分别是晶体管1和晶体管2的基极-发射极电压。

差分放大器公式推导差分放大器是一种常见的电路，主要用于放大差分输入信号。

它具有共模抑制功能，可以消除共模干扰，提高电路的稳定性和精度。

本文将从基本原理入手，详细介绍差分放大器的公式推导过程。

一、差分放大器基本原理差分放大器由两个基本电路组成：差动输入电路和共源极放大器。

其中，差动输入电路由两个输入电阻和两个输入信号组成，可以将两个输入信号进行差分运算，从而消除共模干扰。

共源极放大器则具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，可以增益差分输入信号。

二、差分放大器公式推导为了方便推导，我们先定义一些符号：Vin+：正输入信号Vin-：负输入信号Vout+：正输出信号Vout-：负输出信号Rin：输入电阻Rf：反馈电阻Av：电压增益，即输出电压与输入电压之比共模电压Vo：两个输入信号的平均值，即Vo=(Vin+ +Vin-)/2差模电压Vd：两个信号的差值，即Vd=Vin+ -Vin-1、输入电阻公式推导对于差分输入电路，根据欧姆定律可以得到：Vin+ =I1 * Rin +VoVin- =I2 * Rin +Vo其中，I1和I2分别为流经Vin+和Vin-的电流，Vo为共模电压。

将两式相减，可得：Vin+ -Vin- =(I1 -I2)*Rin由于差分电路需要将两个输入信号相减，因此需要满足I1=I2，即两个输入电阻必须相等。

因此，我们可以得到输入电阻公式：Rin=Rin1=Rin22、电压增益公式推导对于共源极放大器，我们可以使用KVL和KCL进行分析。

首先，根据KVL可得：Vout+ =-gm*(Vgs1 +Vgs2)*RfVout- =-gm*(Vgs1 +Vgs2)*Rf其中，gm为MOS管的转导系数，Vgs1和Vgs2为两个MOS管的栅极-源极电压。

由于两个MOS管的栅极相互反向，因此它们的Vgs之和等于差模电压Vd。

因此，可以得到：Vgs1 +Vgs2 =Vd/2代入上式，可得：Vout+ =-gm*Vd/2*RfVout- =gm*Vd/2*Rf将两式相加并化简，可得输出电压：Vout =gm*Vd*Rf因此，电压增益公式为：Av=Vout/Vd=gm*Rf3、共模抑制比公式推导对于一个理想的差分放大器，当两个输入信号的共模电压变化时，输出电压应该不变。

差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。

由于集成电路中晶体管的一致性好, 且大电容不易制造, 差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。

电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多, 但在音频领域内实际应用并不多。

其基本电路如上图所示。

当两个电子管的特性一致时, 两管的屏流相等, 两个输出端的电压幅值相等, 相位相反。

由于阴极电阻R5的作用, 在电子管的栅极输入信号时, 一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少, 并且增加量与减少量相等, 而输出电压则是二者之差, 这正是差分电路名称的由来。

但当电子管的工作点选择不当时, 仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况, 即放大器出现了失真。

当双端输出时, 失真被抵销一大部分, 而单端输出时, 失真并不能被抵销, 与单管放大器（工作点相同）差不多。

电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高, 两管一致性越好, 电路性能越好。

此外还与阴极电阻R5有关, R5越大, 电路性能越好。

但阴极电阻大, 相应要求负电源电压高。

例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ, 若每管屏流为1mA, 则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。

为此, 也可采用在阴极电路接入恒流源的方法, 如下图所示, 但又增加了电路的复杂性, 恒流源除可采用晶体管, 也可采用恒流二极管或电子管, 此时, 阴极负电压只需10～20V。

在采用阴极电阻的情况下, 电阻大小可用下式计算:R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压, VG为栅负压, I为单管屏极电流。

当｜VS｜｜VG｜时, 可按R5＝VS2／2I选取电阻。

当电阻接入电路后, 其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异, 但不影响正常工作）。

较之单管放大器, 电子管差分放大器有如下优点:1.省去了阴极旁路电路, 电路频响可至OHz, 成为直流放大器, 但高端频响不变。

差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的3.3差分放大电路 3.3.1差分放大电路的工作原理一、差分放大电路的组成及静态分析1、电路组成:差分放大器是由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻耦合构成的。

“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。

2、电路特性:(1)差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用;(2)差动放大电路对差模信号有放大作用;(3)共模负反馈电阻Re的作用:?稳定静态工作点。

?对差模信号无影响。

?对共模信号有负反馈作用:Re越大对共模信号的抑制作用越强;也可能使电路的放大能力变差。

图1(a)电路 (b)直流通路3、静态分析V,U+IR EEBEQ1EEVU,EEBEQ1I ,EREVU,EEBEQII ,,CQCQ122REU,V,IR; U,V,IRCQ1CCCQ1C CQ2CCCQ2Cu,U -U,0oCQ1CQ2二、差分放大电路的动态分析1、差模输入与差模特性u ,–u i1i2u,u –u,2uidi1i2 i1u称为差模输入电压。

idi,–ic2c1i,I+i i,I+i,I-iC1CQ1c1 C2CQ2c2CQ1c1u,V –i R,U+ uC1CCC1CCQ1o1u,V –i R,U+ uC2CCC2CCQ2o2u,u –u,2uodC1C2o1图2差分放大电路差模信号输入(a)差模信号输入 (b)差模信号交流通路uod A,,Audud1uidR,,CA ,udrbe当图(a)所示电路中，两集电极之间接有负载电阻R时， L/ R,R//(R/2)LCL /R26mV26mV,,/Lrr(1)200(1),，，,,,，，,A ,bebbudI(mA)I(mA)rEQEQbeR= 2r ; R? 2R idbeOC例1、电路如图1所示，已知V,V,12V，R=20KΩ，R=10KΩ，R=20K CCEEECLΩ，V、V的β=β=80，U=U=0.7V，r’=200Ω。

简述集成运放的组成
集成运放是一种常用的电子元器件，它由多个电子元件组成。

这些元件包括晶体管、电容、电阻、二极管等。

集成运放的组成可以分为四个部分：输入级、差分放大器、输出级和电源。

输入级是集成运放的第一个部分，它主要由两个晶体管组成。

这两个晶体管构成了一个差分放大器，用于将输入信号转换为电压信号。

输入级还包括一个电容，用于滤除输入信号中的高频噪声。

差分放大器是集成运放的核心部分，它由多个晶体管、电容和电阻组成。

差分放大器的作用是将输入信号放大，并将其转换为差分信号。

差分信号是指两个输入信号之间的差值。

差分放大器还可以通过调整电阻值来改变放大倍数。

输出级是集成运放的第三个部分，它主要由一个晶体管和一个电阻组成。

输出级的作用是将差分信号转换为单端信号，并将其放大。

输出级还包括一个电容，用于滤除输出信号中的高频噪声。

电源是集成运放的最后一个部分，它主要由一个电源电容和一个电源电阻组成。

电源的作用是为集成运放提供电源电压。

电源电容可以滤除电源中的高频噪声，电源电阻可以限制电源电流。

集成运放是由多个电子元件组成的电子元器件。

它的组成包括输入级、差分放大器、输出级和电源。

每个部分都有其独特的作用，它们共同构成了集成运放的功能。

在实际应用中，我们可以根据需要
选择不同的集成运放，以满足不同的应用需求。

放大器的种类和工作原理
放大器是一种用于增强电信号强度的电子设备。

它的主要作用是将电子信号放大，以便可以在更远的距离或更少的噪声情况下传输。

放大器广泛应用于各种领域，包括无线电，音频放大，视频放大，雷达和通信等。

放大器有许多不同的种类，包括晶体管放大器，场效应管放大器，双极性晶体管放大器，功率放大器，运算放大器和差分放大器等。

这些放大器的工作原理也有所不同。

下面是一些常见的放大器及其工作原理：
1. 晶体管放大器：晶体管放大器是最常见的放大器之一，它的工作原理是利用三个区域的不同掺杂程度来控制电流的流动。

基极接收输入信号，发射极输出放大后的信号，而集电极则用于控制电流的流动。

2. 堆叠场效应管放大器：堆叠场效应管放大器是一种高增益放大器，它的工作原理是利用多个场效应管的垂直堆叠来增加增益和带宽。

3. 双极性晶体管放大器：双极性晶体管放大器是一种使用双极晶体管的放大器，它的工作原理是利用基极电流来控制输出电流。

4. 功率放大器：功率放大器是一种专门设计用于放大高功率信号的放大器。

它的工作原理是利用大功率晶体管或管子推动输出电流。

5. 运算放大器：运算放大器是一种高增益放大器，它的工作原理是通过对输入信号的差异进行放大和输出来进行运算。

6. 差分放大器：差分放大器是一种用于放大差分输入信号的放大器。

它的工作原理是将两个输入信号相减，并将其放大到输出端。

总的来说，放大器是一种非常重要的电子设备，它们可以帮助我们实现对电信号的高效控制和传输。

在选择放大器时，需要注意信号的频率，功率和噪声等参数，以便选择合适的放大器来满足特定的需求。

差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的3.3差分放大电路 3.3.1差分放大电路的工作原理一、差分放大电路的组成及静态分析1、电路组成:差分放大器是由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻耦合构成的。

“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。

2、电路特性:(1)差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用;(2)差动放大电路对差模信号有放大作用;(3)共模负反馈电阻Re的作用:?稳定静态工作点。

?对差模信号无影响。

?对共模信号有负反馈作用:Re越大对共模信号的抑制作用越强;也可能使电路的放大能力变差。

图1(a)电路 (b)直流通路3、静态分析V,U+IR EEBEQ1EEVU,EEBEQ1I ,EREVU,EEBEQII ,,CQCQ122REU,V,IR; U,V,IRCQ1CCCQ1C CQ2CCCQ2Cu,U -U,0oCQ1CQ2二、差分放大电路的动态分析1、差模输入与差模特性u ,–u i1i2u,u –u,2uidi1i2 i1u称为差模输入电压。

idi,–ic2c1i,I+i i,I+i,I-iC1CQ1c1 C2CQ2c2CQ1c1u,V –i R,U+ uC1CCC1CCQ1o1u,V –i R,U+ uC2CCC2CCQ2o2u,u –u,2uodC1C2o1图2差分放大电路差模信号输入(a)差模信号输入 (b)差模信号交流通路uod A,,Audud1uidR,,CA ,udrbe当图(a)所示电路中，两集电极之间接有负载电阻R时， L/ R,R//(R/2)LCL /R26mV26mV,,/Lrr(1)200(1),，，,,,，，,A ,bebbudI(mA)I(mA)rEQEQbeR= 2r ; R? 2R idbeOC例1、电路如图1所示，已知V,V,12V，R=20KΩ，R=10KΩ，R=20K CCEEECLΩ，V、V的β=β=80，U=U=0.7V，r’=200Ω。

差分放大电路原理1. 引言差分放大电路是一种常见的电路结构，用于放大差模信号。

它由两个输入端和一个输出端组成，输入信号经过放大后输出。

差分放大电路具有很多优点，如抗干扰能力强、共模抑制比高等，因此在各种应用中得到广泛使用。

2. 差分放大电路的基本结构差分放大电路由两个共源极或共射极的晶体管组成。

每个晶体管的源极或发射极通过一个负反馈网络连接到输入信号源，并且两个晶体管的栅极或基极交叉连接。

输出信号则通过输出负载连接到晶体管的漏极或集电极。

3. 差分放大电路工作原理当输入信号施加到差动对上时，两个晶体管将以不同的方式响应。

一个晶体管将被驱动进入饱和区，而另一个则处于截止区。

这使得输出信号具有较高的增益和较大的动态范围。

具体来说，当输入信号的差模分量为0时，即两个输入信号相等时，差分放大电路处于平衡状态。

此时，两个晶体管的工作点相同，输出电压为零。

当输入信号发生微小变化时，会引起两个晶体管的工作点发生微小偏移，从而产生一个微小的差模输出信号。

这个微小的差模输出信号经过放大器放大后得到一个较大的输出信号。

放大倍数取决于晶体管的特性和负反馈网络中的元件参数。

通过调整这些参数，可以实现不同增益和频率响应。

4. 差分放大电路的优点4.1 抗干扰能力强差分放大电路具有良好的抗干扰能力。

由于输入信号同时施加在两个输入端上，并且在输出端只关心差模分量，所以共模干扰对输出信号影响较小。

这使得差分放大电路在噪声环境下表现出色，并且适用于需要高抗干扰能力的应用场景。

4.2 共模抑制比高共模抑制比是衡量差分放大电路性能的重要指标之一。

它表示当两个输入信号的共模分量发生变化时，差分放大电路输出信号的变化程度。

较高的共模抑制比意味着差分放大电路对共模干扰更不敏感，可以提供更稳定和准确的输出信号。

4.3 输入阻抗高差分放大电路具有较高的输入阻抗，可以有效地接收来自外部信号源的信号。

这使得它在各种应用中可以与其他电路连接，实现信号传输和处理。

差分放大器是一种常见的放大器类型，其基本原理是接收两个输入信号，并放大它们之间的差值。

这种放大器的主要优点是可以抑制共模信号，即同时作用于两个输入端的信号，从而提高信号的质量和准确性。

差分放大器的基本组成部分包括两个输入晶体管，它们的集电极分别连接到负载电阻上，而发射极则连接到公共电源上。

两个输入晶体管的基极分别接收两个输入信号。

当两个输入信号的电压差改变时，两个晶体管的电流差也会改变，从而改变负载电阻上的电压，实现信号的放大。

差分放大器的主要参数包括共模抑制比（CMRR）和差模增益（Ad）。

共模抑制比表示差分放大器抑制共模信号的能力，通常用共模信号与差模信号之比来表示。

差模增益表示差分放大器对差模信号的放大能力，通常用差模信号的输出电压与输入电压之比来表示。

差分放大器广泛应用于各种电子设备中，如运算放大器、数据转换器和通信系统等。

它们的主要优点是能够抑制共模信号，提高信号的质量和准确性。

然而，差分放大器的设计和实现也具有一定的挑战性，需要考虑诸如失调电压、温度漂移和电源抑制比等因素。

三极管差分放大电路差分放大器是一种变换器，它可以将输入信号的差分模式放大到电路输出端的差分模式。

它的主要应用包括模拟信号处理，信号转换，线性放大等领域。

三极管差分放大电路是一种常见的差分放大电路，它采用了三极管作为放大元件。

本文将介绍三极管差分放大电路的器件原理，工作原理，以及其在实际电路应用中的优缺点。

三极管是一种常见的半导体元件，它有三个引脚：发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。

当基极上有电压时，三极管就可以工作了。

三极管的工作原理是：当基极与发射极之间的电压大于某个阈值电压时（一般是0.7V），三极管就开始导电，此时电流从发射极流入，流到集电极，形成一个正向放大器件。

与此同时，当基极与发射极之间的电压小于零时，三极管就停止导电，此时电流不流过这个三极管，形成一个关闭状态。

三极管的差分放大器基本原理是建立在对三极管阻容负反馈的基础之上的。

三极管差分放大电路由两个普通的晶体管组成，分别被分配作为信号输入和反馈放大器。

该电路将这两个晶体管作为差分对极，使它们以相似的方式工作。

通过根据输入差分信号的放大程度对输出信号的控制来实现放大，反馈使放大器电路更稳定，减少了噪音和失真。

三极管差分放大电路可以看做是两个普通的晶体管共同构成的放大器，每个晶体管都可以看做是单独的放大器。

两个晶体管的输出信号合并在一个负载电阻上，得到的输出电压是对输入信号的放大倍数。

当信号为差分信号时，两个晶体管将被分配为正反向放大器。

也就是说，一个晶体管将被做为正向放大器，而另一个晶体管将被做为反向放大器。

差分信号将被应用于这两个晶体管的基极端，而反馈信号将被应用于晶体管的集电端。

差分模式放大电路的输出电压为：Vout= Vd * Ad其中，Vd是输入信号的差分模式电压值，Ad是差分放大电路的差分模式放大倍数。

差分放大电路的放大倍数主要取决于其输入电路和管子的参数，以及反馈电路的参数。

可以采取一些实现方案来改变差分放大电路的增益倍数。