差分放大电路的四种接法
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差分接法:差分放大电路(图3.8a.4)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3.8a.4 差分放大电路差分放大器如图所示,通过采用两个输入,该差分放大器产生的输出等于U1和U2之差乘以增益系数运算放大器的单电源供电方法梦兰大部分运算放大器要求双电源(正负电源)供电,只有少部分运算放大器可以在单电源供电状态下工作,如LM358(双运放)、LM324(四运放)、CA3140(单运放)等。
需要说明的是,单电源供电的运算放大器不仅可以在单电源条件下工作,也可在双电源供电状态下工作。
例如,LM324可以在、+5~+12V单电源供电状态下工作,也可以在+5~±12V双电源供电状态下工作。
在一些交流信号放大电路中,也可以采用电源偏置电路,将静态直流输出电压降为电源电压的一半,采用单电源工作,但输入和输出信号都需要加交流耦合电容,利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示,其运放输出波形如图1(b)所示。
该电路的增益Avf=-RF/R1。
R2=R3时,静态直流电压Vo(DC)=1/2Vcc。
耦合电容Cl和C2的值由所需的低频响应和电路的输入阻抗(对于C1)或负载(对于C2)来确定。
Cl及C2可由下式来确定:C1=1000/2πfoRl(μF);C2=1000/2πfoRL(μF),式中,fo是所要求最低输入频率。
若R1、RL单位用kΩ,fO用Hz,则求得的C1、C2单位为μF。
一般来说,R2=R3≈2RF。
图2是一种单电源加法运算放大器。
该电路输出电压Vo=一RF(V1/Rl十V2/R2十V3/R3),若R1=R2=R3=RF,则Vo=一(V1十V2十V3)。
需要说明的是,采用单电源供电是要付出一定代价的。
它是个甲类放大器,在无信号输入时,损耗较大。
思考题(1)图3是一种增益为10、输入阻抗为10kΩ、低频响应近似为30Hz、驱动负载为1kΩ的单电源反相放大器电路。
四种差分放大电路的放大倍数
1.常模差分放大器:常模差分放大器是一种最基本的差分放大电路,在大多数放大器中都会使用。
它的放大倍数为:Av = gm * Rl,其中gm是管子的跨导,Rl是输出负载电阻。
2. 交流耦合差分放大器:它是一种常模差分放大器的改进,通过加入交流耦合电容,可以使得信号只在交流方向上流过放大器,而直流方向上则被隔离。
它的放大倍数为:Av = gm * Rc / 2,其中gm是管子的跨导,Rc是输入电阻。
3. 管子互阻差分放大器:管子互阻差分放大器是一种双管差分放大器,它的放大倍数比单管差分放大器要高。
它的放大倍数为:Av = gm * Rl / 2,其中gm是管子的跨导,Rl是输出负载电阻。
4. 负反馈差分放大器:负反馈差分放大器是一种将输出信号通过反馈电路送回到输入端实现稳定放大的差分放大器。
它的放大倍数可以通过反馈电路的设计来控制。
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3.3 差分放大电路3.3 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1. 什么是零点漂移现象:Δu I=0,Δu O≠0的现象。
产生原因: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,故也称零漂为温漂。
克服温漂的方法:引入直流负反馈,温度补偿。
典型电路:差分放大电路零点漂移参数理想对称:R b1= R b2,R c1= R c2,R e1= R e2;T1、T2在任何温度下特性均相同。
典型电路在理想对称的情况下:1. 克服零点漂移;2. 零输入零输出。
R b是必要的吗?CEQ EQ BQ 1U I I ≈β+=,)()C2CQ2C1=∆+-∆u u u 0c IcOc=∆∆A u u ,参数理想对称时共模信号:数值相等、极性相同的的共模负反馈作用:温度变化所引起的变化等效为共模信号 T(℃)↑→I↑I C2↑→U E↑→I B1C1抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
差模信号:数值相等,极性相反2/Id对差模信号无反馈作用。
中电流不变,即Re为什么?R∆∆L c CQ CC L c L CQ1 )(R R I V R R R U -⋅+=∥ 由于输入回路没有变化,所以I EQ 、I BQ 、I CQ与双端输出时一样。
但是U CEQ1≠ U CEQ2。
be b L c d )( 21r R R R A +⋅-=∥βco be b )(2R R r R =+=,be b L c d )( 21r R R R A +⋅-=∥βe be b L c c )1(2)( R r R R R A ββ+++-=∥)(2)1(2be b e be b CMR r R R r R K ++++=β(1)T 2的R c 可以短路吗?(2)什么情况下A d 为“+(3)双端输出时的A d 是单端输出时的)T 2的R c 可以短路,因为输入回路对称,所以还是对称的,仅仅U CEQ1≠ U CEQ2)输出端取T2管集电极电压时下共模输入电压差模输入电压输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入:2/I Ic I Id u u u u ==,I d O u A u +⋅=差模输出共模输出五、具有恒流源的差分放大电路为什么要采用电流源?R e 越大,共模负反馈越强,单端输出时的A c 越小,K CMR越大,差分放大电路的性能越好。
第5章 差分放大电路内容提要:本章介绍差分放大电路,包括差分放大电路的组成、差分放大电路的输入和输出方式、差分放大电路的静态计算和动态计算。
概述差分放大电路(简称差放)就其功能来讲,是放大两个输入信号之差。
由于它具有优良的抑制零点漂移的特性,因此成为集成运放的要紧组成单元。
在电子仪器和医用仪器中经常使用差分放大电路做信号转换电路,将双端输入信号转换为单端输出或将单端输入信号转换为双端输出。
5.1.1 差分放大电路的组成差分放大电路是一种对称结构的放大电路,差分放大电路是由两个特性相同的三极管VT 1、VT 2组成的对称电路,两部份之间通过射极公共电阻R e 耦合在一路。
在差分放大电路的电路图(图5-1-1)中。
R s1、R s2为VT 1、VT 2确信适合的静态工作点。
采纳双电源供电形式,可扩大线性放大范围。
差分放大电路的电路如图5-1-1所示。
+-i1u i2u图5-1-1 差分放大电路差分放大电路是对称电路。
对称电路的含义是两个三极管VT 1、VT 2的特性一致,电路参数对应相等。
即βββ==21BE BE2BE1U U U == be be2be1r r r ==c c21c R R R ==s s21s R R R == 5.1.2 差分放大电路的输入和输出方式差分放大电路一样有两个输入端:反相输入端和同相输入端,如图5-1-1所示。
在输入端A 输入极性为正的信号u i1,输出信号u o 的极性与其相反,称该输入端A 为反相输入端。
在输入端B 输入极性为正的信号i2u ,而输出信号u o 的极性与其相同,称该输入端B 为同相输入端。
极性的判定以图中确信的正方向为准。
信号从三极管的两个基极加入称为双端输入;信号从三极管的一个基极对地加入称为单端输入。
差分放大电路一样有两个输出端:集电极C 1和集电极C 2。
从集电极C 1和集电极C 2之间输出信号称为双端输出,从一个集电极对地输出信号称为单端输出。
四种差分放大电路及其等效模型差分放大电路,这听起来就像是个高深莫测的科技玩意儿,但它在我们的日常生活中可真是无处不在哦。
想象一下,你的手机、电脑,甚至是那些复杂的音响系统,里面都可能有差分放大电路在默默地工作着。
嘿,别小看这些电路,它们可是真正的“幕后英雄”!它们就像是那种默默奉献的朋友,虽然不常被提起,但一旦没有了,大家都会觉得生活缺少了点什么。
说到差分放大电路,首先得介绍一下它的工作原理。
简单来说,这种电路可以把两个输入信号进行比较,然后放大它们之间的差异。
你想啊,就像两个朋友之间的争论,最后总会有一个更响亮的声音出来。
这就是差分放大电路的魅力所在。
我们聊聊四种常见的差分放大电路。
首先是经典的“运算放大器”电路。
这可真是个好东西!它的特点就是增益高、输入阻抗大、输出阻抗小,像极了那个总能帮你解决问题的好朋友。
它的等效模型也很简单,往往被简化为一个电压源和一个增益。
而第二种则是“共模抑制型”差分放大器,名字听起来高大上,其实就是为了处理那些噪声信号。
就像是把那些闲聊的背景声过滤掉,留下最重要的信息。
真是个聪明的家伙啊!我们要说到“互补差分放大电路”。
它的结构稍微复杂一点,但用起来特别高效。
就像是一对搭档,一高一低,各自发挥着不同的作用。
它们相互配合,能让信号传递得更加稳定。
就是“电流反馈放大器”。
这个家伙的名字就有点特别,它通过反馈电流来调整增益。
可以说是个灵活多变的角色,总能应对各种情况。
这几种差分放大电路,各有千秋,各显神通。
就像在一场游戏里,不同角色的技能,互相配合,才能打出最精彩的效果。
说到等效模型,咱们可以把这些电路用简单的图形表示出来。
这样一来,理解起来就容易多了。
你看,电源、增益、输入、输出,四个小方块,简单明了,谁都能看懂。
在实际应用中,差分放大电路可真是大显身手。
无论是音频信号处理,还是传感器信号放大,它们都能发挥极大的作用。
比如说,咱们在做一个音响系统时,差分放大电路可以确保音质清晰,不会有干扰声。
1.双端输入单端输出电路
电路如右图所示,为双端输入、单端输出差分放大电路。
由于电路参数不对称,影响了静态工作点和动态参数。
直流分析:
画出其直流通路如右下图所示,图中和是利用戴维宁定理进行变换得出的等效电源和电阻,其表达式分别为:
交流分析:
在差模信号作用时,负载电阻仅取得T1管集电极电位的变化量,所以与双端输出电路相比,其差模放大倍数的数值减小。
如右下图所示为差模信号的等效电路。
在差模信号作用时,由于T1管与T2管中电流大小相等方向相反,所以发射极相当于接地。
输出电压
一半。
如果输入差模信号极性不变,而输出信号取自T2管的集电极,则输出与输入同相。
当输入共模信号时,由于两边电路的输入信号大小相等极性相同。
与输出电压相关的T1管一边电路对共模信号的等效电路如下
可见,单端输入电路与双端输入电路的区别在于:差模信号输入的同时,伴随着共模信号输入。
输出电压
静态工作点以及动态参数的分析完全与双端输入、双端输出相同。
3.单端输入、单端输出电路
如右图所示为单端输入、单端输出电路,该电路对静态工作点、差模增益、共模增益、输入
与输出电阻的分析与单端输出电路相同。
对输入信号的作用分析与单端输入电路相同。
改进型差分放大电路
在差分放大电路中,增大发射极电阻Re的阻值,可提高共模抑制比。
但集成电路中不易制作大阻值电阻;采用大电阻Re要采用高的稳压电源,不合适。
如设晶体管发射极静态电流为0.5mA,则Re中电流为1mA。
当Re为10kΩ时,电源VEE的值为10.7V。
在同样的静态工作电流下,若Re=100kΩ,VEE的值约为100V。
为了既能采用较低的电源电压,又能采用很大的等效电阻Re,可采用恒流源电路来取代Re。
晶体管工作在放大区时,其集电极电流几乎仅决定于基极电流而与管压降无关,当基极电流
是一个不变的直流电流时,集电极电流就是一个恒定电流。
因此,利用工作点稳定电路来取代Re,就得如右上图所示电路。
恒流源电路在不高的电源电压下既为差分放大电路设置了合适的静态工作电流,又大大增强了共模负反馈作用,使电路具有更强的抑制共模信号的能力。
如右上图所示恒流源电路可用一恒流源取代。
在实际电路中,常用一阻值很小的电位器加在两只管子发射极之间,见下图中的Rw。
调零电位器Rw:调节电位器的滑动端位置便可使电路在uI1=uI2=0时,uO=0,Rw 称为调零电位器。
为了获得高输入电阻的差分放大电路,可用场效应管取代晶体管,如右上图所示。
这种电路特别适于做直接耦合多级放大电路的输入级。
通常情况下可以认为其输入电阻为无穷大。
其应用和晶体管差分放大电路相同。