差动放大电路 - 交流信号

各种放大电路的特点
各种放大电路的特点如下：
共射放大电路：电压放大倍数高，输入电阻低，输出电阻高，通频带较窄，适合作为中小功率放大元件。

共基放大电路：电流放大倍数高，输入电阻低，输出电阻低，通频带较宽，但电压放大倍数较小，适合作为低噪声、高频放大元件。

共集放大电路：电压放大倍数低，输入电阻高，输出电阻低，通频带较宽，但放大器增益比较小，适合作为隔直耦合放大器、交流耦合放大器、各种滤波电路中的缓冲放大元件。

差动放大电路：可以对不同输入信号进行放大，同时抑制共模信号，适合作为低噪声、高灵敏度电路，并且广泛应用于放大和检测微弱信号的场合。

从电路结构上说，差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路组成。

由于电路具有许多突出优点，因而成为集成运算放大器的基本组成单元。

一、差动放大电路的工作原理最简单的差动放大电路如图7-4所示，它由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。

在该电路中，晶体管T1、T2型号一样、特性相同，RB1为输入回路限流电阻，RB2为基极偏流电阻，RC为集电极负载电阻。

输入信号电压由两管的基极输入，输出电压从两管的集电极之间提取(也称双端输出)，由于电路的对称性，图7-4 最简单的差动放大电路C2，即。

由以上分析可知，在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。

抑制零点漂移是差动放大电路最突出的优点。

但必须注意，在这种最简单的差动放大电路中，每个管子的漂移仍然存在。

2．动态分析差动放大电路的信号输入有共模输入、差模输入、比较输入三种类型，输出方式有单端输出、双端输出两种。

(1)共模输入。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，即，这种输入方式称为共模输入。

大小相等、极性相同的信号为共模信号。

很显然，由于电路的对称性，在共模输入信号的作用下，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。

说明差动放大电路对共模信号无放大作用。

共模信号的电压放大倍数为零。

(2)差模输入。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压，即ui1= -ui2 ,这种输入方式称为差模输入。

大小相等、极性相反的信号，为差模信号。

，导致集电极电位下降T2管的集电极电流减小，导致集电极电位升高(，由于 = ，若其输出电压为uo = Au(ui1- ui2).ui1 - ui2的差值为正，说明炉温低于1 000 ℃，此时uo为负值；反之，uo为正值。

我们就可利用输出电压的正负去控制给炉子降温或升温。

差动放大电路是依靠电路的对称性和采用双端输出方式，用双倍的元件换取有效抑制零漂的能力。

差动放大器工作原理
差动放大器是一种电子放大器电路，用来放大不同输入信号之间的差值。

它通过将输入信号分为两个相位相反的部分，然后进行放大，并且抑制共模信号，从而提高放大器的性能和抗干扰能力。

差动放大器的基本原理是利用两个输入信号与一个共同的对地参考点相连，形成一个闭合的回路。

这两个输入信号被分别送入差动放大器的两个输入端口。

当有差异信号输入时，即两个输入信号的幅度不相同或相位不同，差动放大器会放大这种差异，并输出一个放大后的差动信号。

差动放大器通常由一个差动对和一个输出级组成。

差动对通常由两个晶体管或场效应管构成，这两个管子会分别放大两个输入信号。

输出级则用来将输入信号的差动信号转换成单端信号，以便输出到其他电路中。

从工作原理上来看，差动放大器利用两个输入信号之间的差异来实现放大效果。

这种差异可以是输入信号的幅度差异或者相位差异。

在输入信号的共模信号上放大器会进行抑制，以便提高输出信号的纯净度。

通过合理选取差动放大器的工作参数和外围元件，可以调整差动放大器的放大倍数、频率响应和输入输出阻抗等性能。

差动放大器常用于信号处理、音频放大、通信系统以及精密测量等领域，其优点包括高增益、低噪声、抗干扰能力强等。

总之，差动放大器通过放大不同输入信号之间的差异，实现对差动信号的放大和抑制共模信号的功能，从而提高放大器的性能和抗干扰能力。

它是一种常用的电子放大器电路，用于各种信号处理和放大的应用中。

§5、1差动放大电路(第三页)这一页我们来学习另一种差动放大电路和差动放大电路的四种接法一：恒流源差动放大电路我们知道长尾式差动电路，由于接入Re，提高了共模信号的抑制能力，且Re越大，抑制能力越强，但Re增大，使得Re上的直流压降增大，要使管子能正常工作，必须提高UEE的值，这样做是很不划算的。

因此我们用恒流源代替Re，它的电路图如右图所示：恒流源差动放大电路的指标运算，与长尾式完全一样，只需用ro3代替Re即可二：差动放大电路的四种接法差动放大电路有两个输入端和两个输出端，因此信号的输入、输出方式有四种情况。

（1）双端输入、双端输出它的电路的接法如图（1）所示：差模电压的放大倍数为：共模电压的放大倍数为：共模抑制比为：CMRR→∞(2)双端输入、单端输出它的电路接法如图(2)所示:差模电压的放大倍数为:共模电压的放大倍数为:共模抑制比为:(3)单端输入、双端输出它的电路接法如图（3）所示：这种放大电路忽略共模信号的放大作用时，它就等效为双端输入的情况。

双端输入的结论均适用单端输入、双端输出。

(4)单端输入、双端输出它的电路的接法如图（4）所示：它等效于双端输入、单端输出。

这种接法的特点是：它比单管基本放大电路的抑制零漂的能力强，还可根据不同的输出端，得到同相或反相关系。

三：总结由以上我们可以看出：差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模电压放大倍数与单管基本的放大电路相同；如为单端输出，它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半，输入电阻都相同。

下一节返回§5、2集成运算放大器集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路一：集成运放的组成它有四部分组成：1、偏置电路；2、输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路3、中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。

4、输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路二：集成运放的性能指标（扼要介绍）1、开环差模电压放大倍数 Aod它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。

差动放大电路实验报告严宇杰141242069 匡亚明学院1.实验目的（1）进一步熟悉差动放大器的工作原理；（2）掌握测量差动放大器的方法。

2.实验仪器双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。

3.预习内容（1）差动放大器的工作原理性能。

（2）根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。

4.实验内容实验电路如图3.1。

它是具有恒流源的差动放大电路。

在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。

差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。

若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3 和R e3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。

对于共模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。

从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。

调零电位器R p用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号V i=0时使双端输出电压V o=0.差动放大器常被用作前置放大器。

前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。

有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。

若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。

于是人们希望只放大差模信号，不放大共模信号的放大器，这就是差动放大器。

运算放大器的输入级大都为差动放大器，输入电阻都很大，例如LF353的输入电阻约为1012Ω量级，0P07的输入电阻约为107Ω量级。

本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于这一数值，这是很小的输入电阻。

第4章 差动放大电路在工业控制过程中，如温度、压力这样的物理量，被传感器检测到并转化为微弱的。

变化缓慢的非周期电信号。

而这些信号还需要经过直流放大器放大以后，才能进行进一步的处理或推动二次仪表进行显示。

那么，这里的放大器一般采用直接耦合多级放大器。

直接耦合多级放大器存在零点漂移的问题，克服零点漂移的有效办法，就是在多级放大器的输入级采用差动放大电路。

4.1 典型差动放大电路4.1.1 零点漂移问题1、零点漂移（1）零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象，简称零漂。

（2）零漂产生的原因：晶体管参数()CEO BE I U β、、随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化等。

（其中主要因素是温度对晶体管参数的影响，称为温漂。

）（3）温漂：环境温度每变化1℃，将放大电路输出端出现的漂移电压oU '∆ 折算到输入端，用这个折算到输入端的漂移电压数值表示零漂的大小，用i U '∆表示。

（常常认为，零漂就是温漂。

）放大电路的级数越多，放大倍数越大，则零漂电压逐级放大，就使零漂越严重，有时会将输入信号淹没。

那么，第一级零漂对输出端的总零漂来说，占主要地位。

2、抑制温度漂移的措施：① 在电路中引入直流负反馈。

（如第2章介绍的分压式偏置电路中的E R 就是一个直流负反馈。

）② 采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成差动放大电路，至于直接耦合多级放大电路的输入端。

（在直接耦合放大电路中抑制零点漂移最有效的电路结构是差动放大电路。

）4.1.2 典型差动放大电路1、电路结构与静态工作情况 （图4-1为典型的差动放大电路）将两个电路结构、参数均相同的单管放大电路组合在一起，就成为差动放大电路的基本形式。

两管射极均通过电阻E R 与负电源串联之后接地。

（1）差动放大电路的结构特点：① 由两个结构、参数左右对称的共射放大器组成；② 它有两个输入端a 和b ，存在两个输入信号1i u 、2i u ；③ 它有两个输出端，有单端输出（从任意一个集电极输出）、双端输出（从两个集电极之间输出）两种方式； ④ EE U 为负电源，确保1V 、2V 工作在放大状态。

一文解析差动放大器电路原理运算放大器广泛应用于各类型电子产品上面，用来对模拟量信号进行放大或衰减，使信号幅值达到一个合理的区间，供其它电路进行比较或采样。

差动放大器具有一个普通放大器不具备的优点：可对一个或多个不共地的信号进行检测，各个被测信号或放大器皆不受非等电位带来的影响，使各个被信号与放大器之间继续保持着“隔离”特性。

但这个这么好的优点却没有被仪器厂家重视。

目前绝大多数的示波器都无法对两个以上不共地信号进行同时检测，甚至只使用单通道时也无法直接测量非隔离的信号，例如220V市电，或220V整流后的电压，因为探头的地跟交流电地线是通的，一测就是短路。

假如前级采样采用差动放大器电路形式，此问题迎刃而解了。

不过福禄克的示波表倒是支持测量不共地信号，但它是不是用的差动放大电路，我就没去研究过了。

下图是整流器电压的采样电路，根据科技先躯们的经验，当两输入电阻相等，两反馈电阻也相等时（姑且把同相端电阻也称为反馈电阻），电路的放大比例为RF/RI，下图为10/1000，即0.01倍，衰减型电路。

教科书上的公式推导过程我看来看去硬是看不明白，数学没学好是我的硬伤，但我相信公式是正确的，因为我用我自己的理解方式计算过，也实验过，放大比例确实是RF/RI，下面我就分享一下我的推导方法，也是各电压点的计算方法，但是要注意的是，这个计算方法是针对被测信号与放大器不共地的时候用的，在共地的时候计算法又不同，后面我会讲到。

图中，受测电压为540VDC，上正下负。

我们知道，运放工作在放大区时，正反输入端电压是相等的（理想状态下完全一致，实际有少许偏差，偏差值由运放品质决定），即虚短，那受测信号的负载电流可以等效于右图，我们由此计算出受测信号回路电流，540V/2000K=0.27MA，红色箭头为电流方向，OK。

我们还知道，运放还有虚断特性，即正反输入端的电流几乎为0，可以忽略不计，那我们就可以断定，流经两输入电阻的电流与流经两反馈电阻的电流是一样的，即4个电阻的电流都为0.27MA。

实验六差动放大电路一、实验目的1．熟悉差放大电路的结构和性能特点。

2．掌握差动放大器的测试方法。

二、原理说明1．差动放大电路的主要特点差动放大电路广泛地应用于模拟集成电路中，它具有很高的共模抑制比。

诸如由电源波动、温度变化等外界干扰都会引起工作点不稳定，它们都可以看作是一种共模信号。

差动放大电路能抑制共模信号的放大，对上述变化有良好的适应性，使放大器有较高的稳定度。

图5-1为差动放大电路，它采用直接耦合形式，当电路①、②两点相连时是长尾式差动放大电路：当电路①、③两点相连时是恒流源式差动放大电路。

在长尾式差动放大电路中抑制零漂的效果和R E的数值有密切关系。

因此R E也成为共模反馈电阻，R E愈大，效果愈好。

但R E愈大，维持同样工作电流所需要的负电压V EE也愈高。

这在一般情况下是不适合的，恒流源的引出解决了上述矛盾。

在三极管的输出特性曲线上，有相当一段具有恒流源的性质，即当U CE变化时，I C电流不变。

图5-1中VT3管的电路为产生恒流源的电路，用它来代替长尾R E，从而更好地抑制共模性质的变化，提高了共模抑制比。

2. 动放大电路的几种接法差动放大电路的输入端，有单端和双端两种输入方式；其输出端，有单端和双端两种输出方式。

电路的放大倍数只与输出方式有关，而与输入方式无关。

故实验内容中我们不再做双端输入方式。

（1）单端输入：信号电压u i仅由VT1管A端输入，而VT2管B端接“地”。

（2）单端输出：VT1管单端输出（u o1），取自VT1管的集电极对“地“电压，输入u i与输出信号u o1相反；VT2管单端输出（u o2），取自VT2管的集电极对”地“电压，输入与输出信号同相。

单端输出的放大倍数是单管放大的一半。

图5-1 差动放大电路(3) 双端输出：为VT1管与VT2管集电极之间的电压。

但因晶体管毫伏表测量信号时，它的黑夹子只能接“地”。

所以测量时分别对“地”测出u o1和u o2，再进行计算（u o=u o1-u o2）。

实验5差动放⼤电路.专业班次 18电⼦组别题⽬差动放⼤电路姓名（学号）⽇期 19.11⼀、实验⽬的1、熟悉差动放⼤器⼯作原理2、掌握差动放⼤器动态指标的测试⽅法⼆、实验设备双踪⽰波器⼀台数字万⽤表⼀台信号源⼀台三、注意事项1.接线时应注意，为防⽌外界⼲扰，各仪器的公共接地端应连接在⼀起，称共地。

信号源的引线通常⽤屏蔽线或专⽤电缆线，⽰波器接线使⽤专⽤电缆线.2.实验涉及多个三极管，接线数⽬较多，接线过程应注意先接好其中⼀个，再接另⼀个，防⽌因线多⽽接线错误。

3.接上负载以后再调整输⼊Vi，确保输⼊为15mV;电压表的量程要适当选择。

4.在单端输⼊的时候，要注意输⼊交流信号时，⽤⽰波器监视VC1、VC2波形，若有失真现象，可减⼩输⼊电压值，使得VC1、VC2都不失真为⽌。

5.计算单端输出Ad和Ac时，单端输出电压要减去静态⼯作点电压。

四、实验原理及计算差动放⼤电路原理图1.在测量静态⼯作点时应将信号源短接，然后⽤数字万⽤表测量各⼯作点的电压2.测量差模电压放⼤倍数：在输⼊端加⼊电流Vid=+15mV,-15mV,直流电压信号⾃取模拟试验箱的专业班次 18电⼦组别题⽬差动放⼤电路姓名（学号）⽇期 19.11+5~-5V 的直流可调信号，然后⽤数字万⽤表测出所需电压值3. 测量共模电压放⼤倍数：将输⼊端 Vi1，Vi2短接，先后输⼊+15mV 和-15mV 的信号，分别进⾏测量4. 单端输⼊的差动放⼤电路：将Vi2接地，从Vi1端输⼊直流信号，Vi=+-30mV ，测量出单端输出由原理图可以得出下⾯静态值：根据书本上的理论知识可以有⼀下结论与⼩信号模型电路图（⾮本原理图）双端输出：i V V A 0d =单端输出：d 2 d 12121A A A A d d -== 差模输⼊：21i i id V V V -= 共模输⼊：221i ic i V V V +=共模抑制⽐：||cdU U CMR A A K =五、实验仿真1、调零及测量静态⼯作点专业班次 18电⼦组别题⽬差动放⼤电路姓名（学号）⽇期 19.112、测量差模电压放⼤倍数专业班次 18电⼦组别题⽬差动放⼤电路姓名（学号）⽇期 19.113、测量共模电压放⼤倍数专业班次 18电⼦组别题⽬差动放⼤电路姓名（学号）⽇期 19.114、单端输⼊的差动放⼤电路实验专业班次 18电⼦组别题⽬差动放⼤电路姓名（学号）⽇期 19.11六、实验关键问题1.进⾏实验前，要对差分放⼤电路进⾏预习，了解各种参数的推导过程及原理。

实验八 差动放大电路实 验 目 的1、加深对差动放大电路工作原理及特点的理解，了解零点漂移产生的原因与抑制零漂的方式。

2、学习差动放大电路的测试方法。

实 验 原 理 简 述差动放大电路在直流放大中零点漂移很小，它常用作多级直流放大电路的前置级，用以放大微弱的直流信号或交流信号。

1、电路特点：iU +-图9-1差动放大电路图9-1为典型的差动放大电路。

放大电路两边对称，两晶体管型号、特性一致，各对应电阻阻值相同，R E 为公共的发射极电阻，R p 为调零电位器，因电路两边实际组成时不可能完全对称，因此静态时可能两端直流电压不为零，调R E 可使放大电路在输入为零时输出电压也为零。

2、电压放大倍数：对于差动放大电路来说，两个输入端输入极性相反、幅值相同的输入信号为差模信号，也就是要放大的有用的信号，同时输入一对同极性、同幅值的输入信号为共模信号，如零点漂移、工频电源干扰就是这种信号。

1）对于差模信号，图9-1的单管交流电路及其等效电路如图9-2所示。

u i 经分压形成幅度相同（12i u），而极性相反的两组电压输入到差动放大管两侧，令每侧的放大倍数为A 1，则：1112o i U AU = ，2112o iU AU =- ，121o o o I U U U AU=-= ∴ ()11o Cd S be I i U R A A R r R U ββ===-+++ （认为电路完全对称R 2＝R 1） 即：这种两管差动式放大电路和基本单管电路的放大倍数相同。

对于单端输出的放大倍数O11U U(A d1)将是单管交流放大电路的一半。

+-a 单管交流电路b 单管等效电路图9-2差模输入时差动放大电路工作状态2）对于共模信号，图9-1的单管交流电路及其等效电路，如图9-3+图9-3()()11112OC CCS bc EicU RAR r R RUββ-==++++，一般12RRE＞＞且()bcSErRR++＞＞21β，∴12CCERAR≈-，同样可得22CCERAR=-，则12C CA A=可见差动放大电路电压放大倍数与对应的单管电路的电压放大倍数相同，共模反馈电路R E仅对共模信号起负反馈作用（R E与A C成反比），对差模信号不产生影响（A d与R E无关）。