差分放大电路

差分放大电路仿真

双端输入双端输出差分放大电路模型：

双端输入双端输出差分放大电路的调零和静态工作点求解：

XMM1和XMM2的电压都为6.398V，输出电压为零。双端输入双端输出时静态工作点如下图所示，Ib=4.975uA，Ie=1.13mA，Vcq=6.398V。

双端输入单端输出时的静态工作点：

Ib=5.197uA, Ie=1.13mA，Vcq1=6.398V，Vcq2=2.169V。

对比上图的静态工作点可知，XMM2的静态工作点基本不变，但XMM1的静态工作点变化较大，计算公式可参照模电书上的静态工作点计算公式，经计算和实际的仿真结果非常接近。VCC’=VCC*R6/(R1+R6)=12*5/(10+5)=4V，Rc’=R1//R6=10*5/(10+5)=3.33，Ieq1=（VCC-Ubeq1）/2R11=(12-0.7)/2/10=0.565mA，Vcq1=Vcc’-Ieq1*Rc’=4-0.565*3.33=2.11167V,基本和仿真结果相同。

双端输入双端输出差分放大电路差分放大倍数：

输入电压Ui=7.071mV，输出电压Uo=124.194，Aod=Uo/Ui=17.56

把R3和R4减小为510Ω后，放大倍数如下图所示：放大倍数为26.28。

共模放大倍数：

下图测量的是差分放大电路对共模信号的放大作用，Ui=7.071mV，输出电压为6.935nV，对共模信号有很强的抑制作用 把R11改为一个由三极管组成的恒流源：

Uo=55.676pV，相对于加10KΩ的电阻R11，能更好的抑制共模信号，能模电书上的公式和结论吻合。

…………………………一皇王缎霾。盟－　

差分放大电路的研究　

常州工学院电子信息与电气工程学院左全生　

【摘要】差分放大电路是一种非常重要的电路，在模拟集成电路中常见。是许多运算放大器和比较器的输入级的基本单元电路。　

【关键词】差分放大电路；差模信号；共模信号　

１．引言　

差分放大电路是一种非常重要的电　

路，它依靠电路的对称性有效地抑制了零点　

漂移　在模拟集成电路中常见　是许多运算　

放大器和比较器的输入级的基本单元电路。　

在差分放大电路的实际运用中，人们往往希　

望差分放大电路的输入为零时，差分放大电　

路的输出也为零。但是差分放大电路难以做　

到理想对称，为此一般通过外加调零电位器　

来实现差分放大电路的输出为零。调零的　

方法有发射极调零和集电极调零两种。图１　

所示的电路是带有集电极调零的差分放大电　

路。图２所示的电路是带有发射极调零的差　

分放大电路。　

２．集电极调零的差分放大电路的电路　

分析　

在图１所示集电极调零差分放大电路中，　

图１集电极调零差分放大电路　设电位器Ｒ　滑动端左边的电阻为Ｒ．，右边的电　

阻为Ｒ：。即有：Ｒ　＋　＝Ｒ，。当电位器Ｒ　滑动　

时，流过负载电阻也的电流Ｉ相应变化。　

！　二墨　２　￡　＝！　＝　￡　２Ｒｃ＋ＲＰ＋ＲＬ　２Ｒｃ＋ＲＰ十ＲＬ　

由于０≤Ｒ　Ｒ，，所以当电位器滑动　

时，流过负载电阻Ｒ　的电流Ｉ的变化范围　

是：　

一—　Ｌ≤，≤—　Ｌ　ｆ１、　２Ｒｃ＋ＲＰ＋ＲＬ　２Ｒｃ＋ＲＰ＋ＲＬ　、　

负载电阻Ｒ　的电压　Ｄ的调节范围是：　

一——　Ｒ＿＝Ｌ　Ｒｐ　ｌｃ　“。　——　Ｒ＿＝Ｌ　Ｒ—ｊ鬲ｃ２Ｒ　Ｒ　Ｒ　２Ｒ　Ｒ　Ｒ（２）　ｃ＋　Ｐ＋　Ｌ　ｃ＋　Ｐ＋　Ｌ　一　

３．发射极调零的差分放大电路的电路　

分析　

在图２所示的发射极调零差分放大电路　

中，设电位器Ｒ　滑动端左边的电阻为Ｒ　，右　

图２发射极调零差分放大电路　边的电阻为Ｒ：。即有：Ｒ　＋Ｒ：＝Ｒ，。当电位　

器Ｒ，滑动时，两管的集电极电流相应变化。　

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。

1、直接耦合放大电路产生零点漂移的主要原因是_________。

(a) 电源电压的波动 (b) 晶体管参数受温度影响

(c) 晶体管参数的分散性

2、差分放大电路能够_________。

(a) 提高输入电阻 (b) 降低输出电阻 (c) 克服温漂

3、 典型的差分放大电路是利用_________来克服温漂。

(a) 电路的对称性 (b) 发射极公共电阻

(c) 电路的对称性和发射极公共电阻的负反馈作用

4、差分放大电路的差模信号是两个输入信号的_________。

(a) 和 (b) 差 (c) 平均值

5、差分放大电路的共模信号是两个输入信号的_________。

(a) 和 (b) 差 (c) 平均值

6、多级直接耦合放大器中，影响零点漂移最严重的一级是________。

(a) 输入级 (b) 中间级 (c) 增益最高的一级

7、共摸抑制比KCMR越大，表明电路_________。

(a) 放大倍数越稳定 (b) 交流放大倍数越大 (c) 抑制零漂的能力越强

8、差分放大电路如图所示。