典型差分放大电路

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。

差分放⼤电路6.1集成电路运算放⼤器中的电流源1．基本电流源 分压式射极偏置电路为基本电流源电路。

当三级管⼯作在放⼤区，由于射极电流仅由两分压电阻决定， 因此当负载发⽣变化（也即集电极电阻发⽣变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特性。

2．有源负载 由于电流源具有直流电阻⼩⽽交流电阻⼤的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使⽤，称为有源负载。

3．电流源的应⽤（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流；（2）作为各放⼤级的有源负载，提⾼电压增益。

6.2差分式放⼤电路主要作⽤：作为多级放⼤电路的输⼊级，抑制零点漂移。

⼀、基本差分放⼤电路电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称。

它有两个输⼊端，两个输出端，当输出信号从任⼀集电极取出，称为单端输出，⽽当从两个集电极之间取出，则称为双端输出或浮动输出。

1．差分式放⼤电路的类型：按输⼊和输出的⽅式分为：双端输⼊双端输出、双端输⼊单端输出、单端输⼊双端输出、单端输⼊单端输出。

2．静态分析 静态是指⽆外输⼊信号时电路所处的状态。

因此，在进⾏静态分析时，应把输⼊信号置零，即输⼊端短路。

共⽤电阻Re在半电路中应等效为2*Re。

3．动态分析（1）差模信号与共模信号 在讨论差分放⼤电路的性能特点时，必须先区分差模信号和共模信号这两个不同的概念，因为差分放⼤电路对差模信号和共模信号具有完全不同的放⼤性能。

⼀对任意数值的输⼊信号可以⽤差模信号和共模信号来表⽰。

通常，可以认为，共模信号是由⼀对幅值相等、极性相同的输⼊信号组成，差模信号是由⼀对幅值相等、极性相反的输⼊信号组成。

（2）垂直对称⽹络的⼆等分 垂直对称⼆端⼝⽹络，当在两输⼊端分别加上幅值相等、极性相同的信号和幅值相等、极性相反的输⼊信号时，其垂直对称线上分别等效为开路和对地短接。

这样，⼀个⼆端⼝⽹络变分解为两个半⽹络。

（3）差模信号输⼊ 将差分放⼤电路分解为两个半电路，在半电路中：双端输⼊：共⽤电阻Re短接或恒流源交流短接；单端输⼊共⽤电阻Re或恒流源开路。

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。

1、零点漂移2、差分电路两输入端的电阻不相等3、参数不对称在放大电路中，任何参数的变化，如4、电源电压的波动（滤波）、元件的老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化。

都将产生输出电压的漂移。

要求两部分完全对称，即两只三极管的特性完全一样，两只三极管的5、集电极电阻的阻值、基极电阻相同。

采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而差生的漂移。

所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因此也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。

抑制零点漂移的措施，除了精选元件、对元件进行老化处理、选用高稳定度电源以及用第二单元中讨论的稳定静态工作点的方法外，在实际电路中常采用补偿和调制两种手段。

补偿是指用另外一个元器件的漂移来抵消放大电路的漂移，如果参数配合得当，就能把漂移抑制在较低的限度之内。

第八节差动放大器1.直接耦合放大器的零点漂移多级放大器的级间耦合方式，除阻容耦会方式外，还常用直接耦合放大器。

直接耦合放大器是级间不用耦合元件的级联放大器，前级输出端直接与后级输入端相连。

显然，这种放大器中信号经过前级放大可以通行无阻加到后级；由于输人信号频率不受耦合元件影响，它就可以放大频率很低、变化缓慢的信号，甚至直流信号。

这种放大器还具有电路简单、增益高等优点。

图4－59是一种简单的直接耦合放大器电路图，图中BG1集电极和B62基极是直接相连的。

图4一69所示直接耦合放大器的主要缺点是存在零点漂移问题。

由于直接耦合放大器实现了从输入端到输出端直流信号的传递，前级工作点的微小变化会直达后级继续放大，以致放大到十分可观的程度，甚至破坏放大器的正常工作。

所谓零点漂移，指的就是当无信号输入时，由于工作点不稳定被逐级放大，在输出端出现静态电位缓慢偏移飘动的现象。

克服零点漂移，可以采用负反馈、稳压等措施补偿，而有效的方法，是采用差动式放大器。

差动式放大器突出的抑制零点漂移的本领，使它在直接耦合放大器和集成电路中被广泛采用。

差动放大电路一、概述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。

基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。

设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。

二、基本电路图差动放大电路的基本电路图上图为差动放大电路的基本电路图[1]三、差动放大电路的工作原理1、差动放大电路的基本形式对电路的要求是：两个电路的参数完全对称两个管子的温度特性也完全对称。

它的工作原理是：当输入信号Ui=0时，则两管的电流相等，两管的集点极电位也相等，所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。

温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下降，由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相等，其输出电压仍然为零。

它的放大作用（输入信号有两种类型）（1）共模信号及共模电压的放大倍数 Auc共模信号---在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。

如图（2）所示共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量减小，因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。

因此：。

于是差动电路对称时，对共模信号的抑制能力强字串3（2）差模信号及差模电压放大倍数 Aud差模信号---在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。

如图（3）所示差模信号的作用，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电压下降，T2管的集电极电压上升，且二者的变化量的绝对值相等，因此：此时的两管基极的信号为：所以：，由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。