第四章差動(dòng)放大電路

第四章差動(dòng)放大電路第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三差動(dòng)（分）放大電路第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三直接耦合電路因?yàn)殡娙莸母糁弊饔靡约暗皖l時(shí)容抗加大，所以阻容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號(hào)。對(duì)于直流信號(hào)和低頻信號(hào)，阻容耦合已不適用，必須采用直接耦合方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2能夠放大直流信號(hào)（包括慢變信號(hào)和低頻信號(hào)）的放大器稱為直流放大器。建立靜態(tài)工作點(diǎn)第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三+UCCuoRC2T21.前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。（須增加RE2）問題:uiRC1R1T1R2RE22.零點(diǎn)漂移:前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，被一級(jí)級(jí)放大，導(dǎo)致后級(jí)飽和或截止。（須增加兩級(jí)之間的直流負(fù)反饋）直接耦合放大器的級(jí)聯(lián)第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三直耦放大電路的特殊問題——零點(diǎn)漂移零漂現(xiàn)象：產(chǎn)生零漂的原因：零漂的衡量方法：由溫度變化引起的。當(dāng)溫度變化使第一級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生微小變化時(shí)，這種變化量會(huì)被后面的電路逐級(jí)放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因而零點(diǎn)漂移也叫溫漂。輸入ui=0時(shí)，，輸出有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。將輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端計(jì)算。第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三例如若輸出有1V的漂移電壓。

則等效輸入有100uV的漂移電壓假設(shè)第一級(jí)是關(guān)鍵3.減小零漂的措施用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償采用差動(dòng)放大電路等效100uV漂移1V第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三1.結(jié)構(gòu):對(duì)稱性結(jié)構(gòu)2.9.2基本型差動(dòng)放大器+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uo=uC1-uC2

uC1uC2第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2.優(yōu)點(diǎn)：抑制溫漂原理如下:uo=uC1-uC2

=0uo=(uC1+uC1

)-(uC2+uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2

=0時(shí)，當(dāng)溫度變化時(shí)：對(duì)稱性u(píng)C1=uC2

uC1=uC2+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC2第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3.共模電壓放大倍數(shù)ACuo=uC1-uC2

+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC2當(dāng)ui1=ui2（大小相等，極性相同），共模輸入信號(hào)

設(shè)ui1，ui2，使uC1，uC2。因ui1=ui2，uC1=uC2uo=0(理想化)。但因兩側(cè)不完全對(duì)稱，uo0共模電壓放大倍數(shù)AC=uoui1（很小，<1)第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC24.差模電壓放大倍數(shù)Ad當(dāng)ui1=-ui2（大小相等，極性相反），差模輸入信號(hào)

(很大，>1)設(shè)ui1,ui2,使uC1,uC2。設(shè)uC1=uC1-uC1,uC2=uC2+uC2

。因ui1=-ui2，uC1=uC2

uo=uC1-uC2=-uC1-uC2=-2uC1

差模電壓放大倍數(shù)Ad=uoui1-ui2=uo2ui1

第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三5.共模抑制比(CMRR)的定義CMRR=20logdb(分貝)ACAd例:Ad=-200Ac=0.1CMRR=20log(-200)/0.1=66dbCMRR—CommonModeRejectionRatio由于電路不可能做到完全對(duì)稱,故差放電路對(duì)共模輸入仍會(huì)有一定的輸出,為了衡量差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力,廠家給出了一個(gè)參數(shù),叫共模抑制比第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):對(duì)稱有兩種輸出方式①單端輸出(對(duì)地)②雙端輸出(浮地)顯然，若是單端輸出差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)就無抑制作用。

+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC2第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三有時(shí)差動(dòng)放大電路的輸出方式

要求我們必須采用單端輸出如何讓我們?cè)诓捎脝味溯敵龇绞綍r(shí)，仍對(duì)共模信號(hào)有很好的抑制作用單端輸出時(shí)，對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)小

對(duì)差模信號(hào)的放大倍數(shù)大第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三1.結(jié)構(gòu):2.9.3雙電源長尾式差放特點(diǎn)：加入射極電阻RE加入負(fù)電源-UEE，采用正負(fù)雙電源供電（補(bǔ)償Re直流壓降）+UCC(+15V)RCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uo=uC1-uC2

uC1uC2-UEE（-15V）RE此時(shí)基極電流由VEE負(fù)電源提供，可以省略電阻R1第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三雙電源的作用：（1）使信號(hào)變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源-UEE提供，可以取消R1和RB四個(gè)電阻，且使基極的直流靜態(tài)電位=0ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2RE–UEEuo第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三ui2ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2RE–UEEuo長尾式差動(dòng)放大電路為什么要接負(fù)電源,接地行不行?不要這個(gè)電阻行不行/這點(diǎn)電位如何分析第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:實(shí)際的雙電源長尾式差放特點(diǎn)：加入射極電阻RE；加入負(fù)電源-UEE

，采用正負(fù)雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三雙電源的作用：（1）使信號(hào)變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、靜態(tài)分析溫度TICIE

=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用

設(shè)ui1

=ui2

=0自動(dòng)穩(wěn)定RE具有強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔谩种茰囟绕?，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2.Q點(diǎn)的計(jì)算直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1分析直流信號(hào)的時(shí)候，交流信號(hào)置零（接地）。第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三三、動(dòng)態(tài)分析1.輸入信號(hào)分類(1)差模(differentialmode)輸入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)

輸入ui1

=ui2=uC差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三任意輸入的信號(hào):ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud例:ui1=20mV,ui2=10mV則：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

差動(dòng)放大器共有四種輸入輸出方式:

1.雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）

2.雙端輸入、單端輸出（雙入單出）

3.單端輸入、雙端輸出（單入雙出）

4.單端輸入、單端輸出（單入單出）通過發(fā)射極電阻Re的耦合總可以將單端輸入轉(zhuǎn)化為雙端輸入。所以只需按照單端輸出與雙端輸出兩種形式來考慮差動(dòng)放大器的放大功能。第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三(一)差模輸入均壓器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEE第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三RE對(duì)差模信號(hào)作用

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE對(duì)差模信號(hào)不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEEib2ib1ic2ic1iRE第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三差模信號(hào)通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三1.放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三若差動(dòng)電路帶負(fù)載RL(接在C1與C2之間),對(duì)于差動(dòng)信號(hào)而言，RL中點(diǎn)電位為0,所以放大倍數(shù)：即：總的差動(dòng)電壓放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù):RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三ro=2RC

ri

ri

ro輸入電阻：輸出電阻：2.輸入輸出電阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考題：電路去掉RB能正常工作嗎？RB的作用是什么？第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三(二)共模輸入RE對(duì)共模信號(hào)有抑制作用（原理靜態(tài)分析，即由于RE的負(fù)反饋?zhàn)饔?，使IE基本不變）

。uCic1、

ic2iRE

、uRE

+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEuC

uoc2

uoc1ic1ic2iREuRE第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三共模信號(hào)通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1

uoc2

uoc1ic1ic2uc22RE第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三T1單邊微變等效電路RCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe1第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三KCMRR

AC

0問題：負(fù)載影響共模放大倍數(shù)嗎？不影響！雙端輸出時(shí)，共模放大倍數(shù)為零第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

差動(dòng)放大器共有四種輸入輸出方式:

1.雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）

2.雙端輸入、單端輸出（雙入單出）

3.單端輸入、雙端輸出（單入雙出）

4.單端輸入、單端輸出（單入單出）通過發(fā)射極電阻Re的耦合總可以將單端輸入轉(zhuǎn)化為雙端輸入。所以只需按照單端輸出與雙端輸出兩種形式來考慮差動(dòng)放大器的放大功能。第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

(1)差模電壓放大倍數(shù)

與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：

差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)

雙端輸出時(shí)：

單端輸出時(shí)：

(2)共模電壓放大倍數(shù)

與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：

雙端輸出時(shí)：

單端輸出時(shí)：第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三實(shí)際的雙電源長尾式差放uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三射極電阻RE的作用：（2）RE對(duì)共模信號(hào)有抑制作用（3）RE對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于短路ui1=-ui2，設(shè)ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2

ie1=-ie2IE不變

（1）直流負(fù)反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)T°CIC1

IC2

IE

=IC1+IC2UE

=IERE+（-UEE）UBE1

、UBE2

IB1、IB2

IC1

IC2

第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2ui2RE–UEEuo第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三ud1+UCCRC1T1RB1RE–UEEuo1對(duì)差模信號(hào)的單邊等效電路第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三Uc1+UCCRC1T1RB12RE–UEE對(duì)共模信號(hào)的單邊等效電路第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三射極電阻RE的作用穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)抑制共模信號(hào)Re是不是越大越好穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)RE的值要適中抑制共模信號(hào)時(shí)RE越大越好直流通道中的RE大小適中交流通道中的Re越大越好第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三用恒流源來代替電阻ReIB3iCUIC3QU特點(diǎn)直流時(shí)電阻小交流時(shí)電阻大什么元件可以做橫流源三極管受控電流源IB確定IC恒定第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC2.9.4恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu):IC3R2T3R1R3-UEE第43頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

rce3

1M恒流源T3:放大區(qū)RRuoui1RCT1