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。
这个问题是这样的:差分放大电路四种接法中的,双端输入单端输出的情况图1 为原始接线图 图2 为图1的直流通道直流通道中的Vcc ’和Rc ’是利用戴维宁定理进行变化得出的等效电源和电阻,表达式为 L L'R R R R R //R C C C Cc C C LV V '=+= 请问这2个表示式是如何让推导出来de?解:对于直流量来说,I B1=I B2,I C1=I C2,但是由于集电极电路不对称,因此两个管子的集电极电压不等。
等效电路就是变换前后电路外部特性不变,故有111C C C Q C C C Q C Q CCLV U V U U R R R '--=-'对上式右边通分,整理后得()1111111C C C Q C C C Q C Q L C C L C Q C C Q CCLC LLC C C Q L C C L C C Q L CC L C LL CV U V U U R V R U R U R R R R R R V U R V R R U R R R R R R R R '----=-='--++==+即11LC C C Q C C C Q L CC L CL CR V U V U R R R R R R R -'-+='+比较等式两边对应项,故有,C L L C C C C CL CL CR R R V V R R R R R ''==++。
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。