教學(xué)第11講-差分放大電路課件

3.3差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析四、差分放大電路的四種接法五、具有恒流源的差分放大電路六、差分放大電路的改進(jìn)3.3差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、長(zhǎng)尾式一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路在直接耦合多級(jí)放大電路中，由于各級(jí)之間的工作點(diǎn)相互聯(lián)系、相互影響，會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象ui=0uouo一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：產(chǎn)生原因：

差動(dòng)放大電路是一種具有兩個(gè)輸入端且電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱的放大電路，其基本特點(diǎn)是只有兩個(gè)輸入端的輸入信號(hào)間有差值時(shí)才能進(jìn)行放大，即差分放大電路放大的是兩個(gè)輸入信號(hào)的差，所以稱為差分放大電路或者差動(dòng)放大電路。二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成1.電路構(gòu)成與特點(diǎn)

圖3.1所示為差動(dòng)放大電路的基本形式，從電路結(jié)構(gòu)上來(lái)看，它具有以下特點(diǎn)。（1）它由兩個(gè)完全對(duì)稱的共射電路組合而成。（2）電路采用正負(fù)雙電源供電。

差動(dòng)放大電路是一種具有兩個(gè)輸入端且電路結(jié)構(gòu)對(duì)圖3.1典型基本差分放大電路ic1Rc1ReRb1–VEEui1uo+VccRc2Rb2ui2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2圖3.1典型基本差分放大電路ic1Rc1ReRb1–V2.差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理

由于電路的對(duì)稱性，溫度的變化對(duì)T1、T2兩管組成的左右兩個(gè)放大電路的影響是一致的，相當(dāng)于給兩個(gè)放大電路同時(shí)加入了大小和極性完全相同的輸入信號(hào)。因此，在電路完全對(duì)稱的情況下，兩管的集電極電位始終相同，差動(dòng)放大電路的輸出為零，不會(huì)出現(xiàn)普通直接耦合放大電路中的漂移電壓，可見(jiàn)，差動(dòng)放大電路利用電路對(duì)稱性抑制了零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。2.差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理1.Q點(diǎn)令uI1=uI2=0晶體管輸入回路方程：通常，Rb較小，且IBQ很小，故ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uo+VccRc2Rb2uI2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2靜態(tài)時(shí)，兩管集電極對(duì)地電位相等，即UCQ1=UCQ2。故兩管集電極之間電位差為零，即輸出電壓uo=UCQ1-UCQ2=0。三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析1.Q點(diǎn)令uI1=uI2=0晶體管輸入回路方程2.抑制共模信號(hào)

共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uoc+VccRc2Rb2uIcic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2共模放大倍數(shù)：2.抑制共模信號(hào)共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uoc+VccRc2Rb2uIcic2uc2uc1iE1iE2iB1iB22.抑制共模信號(hào)：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔肦e的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào)對(duì)于每一邊電路，Re=?如T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uoc+VccRc2Rb3.放大差模信號(hào)△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔谩c1Rc1ReRb1–VEEuI1+VccRc2Rb2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2+uod–RLuI2uId+uId2–+uId2–差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即3.放大差模信號(hào)△iE1=－△iE2，Re中電流不變，ic1Rc1ReRb1–VEEuI1+VccRc2Rb2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2+uod–RLuI2uId+uId2–+uId2–為什么？差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析差模放大倍數(shù)Rc1rbe1Rb2ΔiB1ΔuIdΔiB2rbe2β1ΔiB1β2ΔiB2Rc2RL2RL2ΔuodRb1ic1Rc1ReRb1–VEEuI1+VccRc2Rb2ic4.動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。

根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。4.動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑5任意信號(hào)輸入方法：分解為差模信號(hào)與共模信號(hào)的組合根據(jù)有共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uo+VccRc2Rb2uI2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB25任意信號(hào)輸入方法：分解為差模信號(hào)與共模信號(hào)的組合根據(jù)

當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸入端輸入時(shí)稱為單端輸入；從兩個(gè)輸入端之間浮地輸入時(shí)稱為雙端輸入；當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸出端輸出時(shí)稱為單端輸出；從兩個(gè)輸出端之間浮地輸出時(shí)稱為雙端輸出。

因此，差動(dòng)放大電路具有四種不同的接法：

雙端輸入，雙端輸出；單端輸入，雙端輸出；雙端輸入，單端輸出；單端輸入，單端輸出。四、差分放大電路的四種接法當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸入端輸入時(shí)稱為單端輸入；從四、差分放大電路的四種接法

1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析(自學(xué))由于輸入回路沒(méi)有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI四、差分放大電路的四種接法

1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)1.雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析RcrbeRbΔiBΔuIdrbeβΔiBRcRLΔuodRbRcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI1.雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析RcrbeRb1.雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuIRcrbeΔiBΔuIcβΔiB2ReRLΔuocRb1.雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析RcReRb–1.雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI1.雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論（1）T2的Rc可以短路嗎RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI2uI2uI2uI22.單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓

輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：在輸入信號(hào)作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說(shuō)明什么？RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuIRcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI2uI2uI2.單端輸入雙端輸出靜態(tài)時(shí)的值差模輸出共模輸出問(wèn)題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI2.單端輸入雙端輸出靜態(tài)時(shí)的值差模輸出共模輸出問(wèn)題討論：3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無(wú)共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱條件下輸入方式：R五、具有恒流源的差分放大電路

為什么要采用電流源？

Re越大，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但為使靜態(tài)電流不變，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低電源條件下，得到趨于無(wú)窮大的Re。解決方法：采用電流源！五、具有恒流源的差分放大電路

為什么要采用電流源？R1R2Rc+VccRcuoRbRbuI1uI2–VEER3IE3I1I2RcRb–VEE+VccRcRbuouI1IuI2五、具有恒流源的差分放大電路等效電阻為無(wú)窮大近似為恒流R1R2Rc+VccRcuoRbRbuI1uI2–VEER31)RW取值應(yīng)大些？還是小些？2)RW對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？3)若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri的表達(dá)式。六、差分放大電路的改進(jìn)

1.加調(diào)零電位器RWRcRb–VEE+VccRcRbuouI1IuI2RW1)RW取值應(yīng)大些？還是小些？六、差分放大電路的改進(jìn)

2.場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路2.場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出雙端輸入單端輸入幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出雙端輸入單端輸入4.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出4.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出討論一若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV討論一若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？uI討論二1、uI=10mV，則uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表測(cè)uO，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?清華大學(xué)華成英hchya@討論二1、uI=10mV，則uId=?uIc=?uId=3.3差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析四、差分放大電路的四種接法五、具有恒流源的差分放大電路六、差分放大電路的改進(jìn)3.3差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、長(zhǎng)尾式一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫?fù)反饋，溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路在直接耦合多級(jí)放大電路中，由于各級(jí)之間的工作點(diǎn)相互聯(lián)系、相互影響，會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象ui=0uouo一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：產(chǎn)生原因：

差動(dòng)放大電路是一種具有兩個(gè)輸入端且電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱的放大電路，其基本特點(diǎn)是只有兩個(gè)輸入端的輸入信號(hào)間有差值時(shí)才能進(jìn)行放大，即差分放大電路放大的是兩個(gè)輸入信號(hào)的差，所以稱為差分放大電路或者差動(dòng)放大電路。二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成1.電路構(gòu)成與特點(diǎn)

圖3.1所示為差動(dòng)放大電路的基本形式，從電路結(jié)構(gòu)上來(lái)看，它具有以下特點(diǎn)。（1）它由兩個(gè)完全對(duì)稱的共射電路組合而成。（2）電路采用正負(fù)雙電源供電。

差動(dòng)放大電路是一種具有兩個(gè)輸入端且電路結(jié)構(gòu)對(duì)圖3.1典型基本差分放大電路ic1Rc1ReRb1–VEEui1uo+VccRc2Rb2ui2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2圖3.1典型基本差分放大電路ic1Rc1ReRb1–V2.差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理

由于電路的對(duì)稱性，溫度的變化對(duì)T1、T2兩管組成的左右兩個(gè)放大電路的影響是一致的，相當(dāng)于給兩個(gè)放大電路同時(shí)加入了大小和極性完全相同的輸入信號(hào)。因此，在電路完全對(duì)稱的情況下，兩管的集電極電位始終相同，差動(dòng)放大電路的輸出為零，不會(huì)出現(xiàn)普通直接耦合放大電路中的漂移電壓，可見(jiàn)，差動(dòng)放大電路利用電路對(duì)稱性抑制了零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。2.差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理1.Q點(diǎn)令uI1=uI2=0晶體管輸入回路方程：通常，Rb較小，且IBQ很小，故ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uo+VccRc2Rb2uI2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2靜態(tài)時(shí)，兩管集電極對(duì)地電位相等，即UCQ1=UCQ2。故兩管集電極之間電位差為零，即輸出電壓uo=UCQ1-UCQ2=0。三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析1.Q點(diǎn)令uI1=uI2=0晶體管輸入回路方程2.抑制共模信號(hào)

共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uoc+VccRc2Rb2uIcic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2共模放大倍數(shù)：2.抑制共模信號(hào)共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uoc+VccRc2Rb2uIcic2uc2uc1iE1iE2iB1iB22.抑制共模信號(hào)：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔肦e的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào)對(duì)于每一邊電路，Re=?如T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uoc+VccRc2Rb3.放大差模信號(hào)△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔?。ic1Rc1ReRb1–VEEuI1+VccRc2Rb2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2+uod–RLuI2uId+uId2–+uId2–差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即3.放大差模信號(hào)△iE1=－△iE2，Re中電流不變，ic1Rc1ReRb1–VEEuI1+VccRc2Rb2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2+uod–RLuI2uId+uId2–+uId2–為什么？差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析差模放大倍數(shù)Rc1rbe1Rb2ΔiB1ΔuIdΔiB2rbe2β1ΔiB1β2ΔiB2Rc2RL2RL2ΔuodRb1ic1Rc1ReRb1–VEEuI1+VccRc2Rb2ic4.動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。

根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。4.動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑5任意信號(hào)輸入方法：分解為差模信號(hào)與共模信號(hào)的組合根據(jù)有共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。ic1Rc1ReRb1–VEEuI1uo+VccRc2Rb2uI2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB25任意信號(hào)輸入方法：分解為差模信號(hào)與共模信號(hào)的組合根據(jù)

當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸入端輸入時(shí)稱為單端輸入；從兩個(gè)輸入端之間浮地輸入時(shí)稱為雙端輸入；當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸出端輸出時(shí)稱為單端輸出；從兩個(gè)輸出端之間浮地輸出時(shí)稱為雙端輸出。

因此，差動(dòng)放大電路具有四種不同的接法：

雙端輸入，雙端輸出；單端輸入，雙端輸出；雙端輸入，單端輸出；單端輸入，單端輸出。四、差分放大電路的四種接法當(dāng)信號(hào)從一個(gè)輸入端輸入時(shí)稱為單端輸入；從四、差分放大電路的四種接法

1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析(自學(xué))由于輸入回路沒(méi)有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI四、差分放大電路的四種接法

1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)1.雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析RcrbeRbΔiBΔuIdrbeβΔiBRcRLΔuodRbRcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI1.雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析RcrbeRb1.雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuIRcrbeΔiBΔuIcβΔiB2ReRLΔuocRb1.雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析RcReRb–1.雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI1.雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論（1）T2的Rc可以短路嗎RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI2uI2uI2uI22.單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓

輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：在輸入信號(hào)作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說(shuō)明什么？RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuIRcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI2uI2uI2.單端輸入雙端輸出靜態(tài)時(shí)的值差模輸出共模輸出問(wèn)題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？RcReRb–VEE+VccRcRbuoRLuI2.單端輸入雙端輸出靜態(tài)時(shí)的值差模輸出共模輸出問(wèn)題討論：3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無(wú)共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。3.四種接法的比較：電路參數(shù)理