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差分放大電路模擬電子電路01簡介分類性能衡量指標(biāo)作用原理目錄03050204基本信息差分放大電路又稱為差動放大電路,當(dāng)該電路的兩個輸入端的電壓有差別時,輸出電壓才有變動,因此稱為差動。差分放大電路是由靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路演變而來的。簡介簡介差分放大電路具有電路對稱性的特點(diǎn),此特點(diǎn)可以起到穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用,被廣泛用于直接耦合電路和測量電路的輸入級。但是差分放大電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分析繁瑣,特別是其對差模輸入和共模輸入信號有不同的分析方法,難以理解,易于混淆,是模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的難點(diǎn)與重點(diǎn)。差分放大電路有差模和共模兩種基本輸入信號,由于其電路的對稱性,當(dāng)兩輸入端所接信號大小相等、極性相反時,稱為差模輸入信號;當(dāng)兩輸入端所接信號大小相等、極性相同時,稱為共模信號。通常我們將要放大的信號作為差模信號進(jìn)行輸入,而將由溫度等環(huán)境因素對電路產(chǎn)生的影響作為共模信號進(jìn)行輸入,因此我們最終的目的,是要放大差模信號,抑制共模信號。
模擬電子技術(shù)中常使用的模擬量在經(jīng)過傳感器之后轉(zhuǎn)換的電信號都比較微弱,為了能更好的測量這些微弱信號,一般都會對其進(jìn)行放大處理。但是對于模擬量轉(zhuǎn)換的電量為變化緩慢的非周期性信號時,例如溫度、流量、液面等模擬量,對于這種信號一般采取通過直接耦合放大電路放大后再驅(qū)動負(fù)載,但是直接耦合放大電路會有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象(輸入電壓為零而輸出電壓的變化不為零),為了抑制零點(diǎn)漂移一般采用特性相同的晶體管(版圖尺寸相同),這樣的電路稱為差分放大電路。
差分放大電路是直接耦合放大電路的基本組成單元,該電路對于不同的輸入信號有不同的作用,對于共模信號起到很強(qiáng)的抑制作用,而對差模信號起到放大作用,并且電路的放大能力與輸出方式有關(guān)。作用作用當(dāng)今世界之所以能稱之為智能化的時代,是由于各種智能化的設(shè)備得到了普及,而這些智能化設(shè)備之所以能夠智能化,離不開功能各異的各種傳感器,而這些傳感器所采集到的電信號一般都很微弱,同時這些微弱的電信號往往都是低頻信號,所以對這些信號進(jìn)行放大處理時,需要采用直接耦合放大電路進(jìn)行放大,所謂直接耦合放大器就是各級放大器的級聯(lián)是靠導(dǎo)線直接連接,因此直接耦合連接方式有很好的低頻特性同時又很容易做成集成電路。直接耦合放大電路雖然有以上幾大優(yōu)勢,但普通的直接耦合放大電路存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象,所謂“零點(diǎn)漂移”,就是當(dāng)輸入信號為零時而輸出信號不為零。差分放大電路是一種直接耦合放大電路,差分電路本身具有良好的電氣對稱性,使其對共模信號有良好的抑制作用,所以能有效地抑制零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的發(fā)生。
分類共射放大電路四種接法對稱式電路分類共射放大電路圖1共射放大電路如圖1所示是基本的共射放大電路。其靜態(tài)工作點(diǎn)基本穩(wěn)定。但是溫度變化會使得集電極電流發(fā)生微小的變化,采用直接耦合的方式會進(jìn)一步放大該變化,引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。對稱式電路圖2對稱式電路在輸出位置構(gòu)建有一個完全一樣的鏡面電路,如圖2所示。差分放大電路對共模信號起到了很強(qiáng)的抑制作用,理想情況下共模輸出為零。四種接法圖3四種接法的電路按輸入輸出方式分:有雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出四種類型。具體電路見圖3。單端輸出的差分放大電路在T1管的集電極連接了一個負(fù)載電阻RL然后直接接地,同時取消了T2管的接線端,具體電路如圖3(b)所示。單端輸入的差分放大電路僅僅只有一個輸入,另外一個輸入口直接接地,具體電路如圖3(b)所示。此時電路不再對稱,靜態(tài)工作點(diǎn)和其他動態(tài)參數(shù)也發(fā)生了改變,同時由于差分放大電路的放大能力只和輸出形式有關(guān),因此可將電路分成單端輸出和雙端輸出兩大類進(jìn)行分析。
原理原理零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的產(chǎn)生,其原因有很多,但最為主要的原因還是晶體管受到外部溫度變化所引起的靜態(tài)工作點(diǎn)的波動,所以零點(diǎn)漂移也常被稱為溫度漂移,簡稱溫漂。那差分放大電路是如何做到抑制溫漂的呢?圖4長尾差分放大電路圖4所示電路為長尾差分放大電路,當(dāng)兩端的輸入信號電壓為零,即uI1=uI2=0時,也就是電路處于直流工作狀態(tài)。理想情況下,因?yàn)門1與T2管的電氣特性完全相同,其外接電阻參數(shù)也相同,那么就有集電極對地電位Ucq1=Ucq2的結(jié)果,所以靜態(tài)時的輸出電壓Uo=0。如果外界溫度升高了,理想情況下,Icq1和Icq2也會同時增大,而且其增大幅度完全相同,從而導(dǎo)致兩個集電極電阻上的壓降出現(xiàn)等值幅度的增大,進(jìn)而使Ucq1和Ucq2同時等值幅度變化,所以輸出Uo=Ucq1–Ucq2=0保持不變。如果外界溫度降低了,將會引起上述變化的一個反過程,最后得到的結(jié)果還是輸入電壓保持不變。經(jīng)過上述分析,我們發(fā)現(xiàn)差分電路巧妙地利用電路的對稱性消除了放大電路在輸出端的零點(diǎn)漂移。此外,增大發(fā)射極電阻也可以穩(wěn)定工作點(diǎn)。實(shí)際上,集成電路中的差分對管,不會完全一致,總存在不對稱的情況,因此運(yùn)算放大器總存在溫漂。所以,當(dāng)運(yùn)放做為微弱信號的前級時,溫漂稱為非常重要的技術(shù)指標(biāo)。性能衡量指標(biāo)差模放大特性共模抑制特性共模抑制比失調(diào)性能衡量指標(biāo)差模放大特性(1)差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓與輸入差模電壓之比。分為雙端輸出和單端輸出。(2)差模輸入電阻差模輸入電阻定義為差模輸入電壓與差模輸入電流的比。共模抑制特性共模電壓放大倍數(shù)在差動電路中,因溫度變化,電源波動引起的兩個差動管的等效輸入漂移電壓,相當(dāng)于一對共模信號,由于接地電阻的負(fù)反饋?zhàn)饔?,使得每管的輸出端漂移電壓大為減少,如果雙端輸出,則被完全抵消。共模抑制比Ad是差模信號放大倍數(shù)、Ac共模信號放大倍數(shù)。越大電路的性能也就愈好。因此增大Re是改善共模抑制比的基本措施。失調(diào)圖5零輸入情況下的差分放大器一個理想的差分放大器,當(dāng)輸入信號等于零時,其輸出端電壓為零,但在實(shí)際電路中,由于電路不可能完全對稱,所以輸出電壓
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