差分放大電路1課件

13.2差分放大電路

3.2.1

差分放大電路

3.2.3恒流源式差分放大電路

3.2.2差分放大電路的輸入、輸出方式13.2差分放大電路3.2.1差分放大電路3.2.21、理解零點(diǎn)漂移（簡稱零漂）產(chǎn)生的原因差分放大電路專業(yè)能力：2、熟練掌握差模信號、共模信號、差模增益、共模增益和共模抑制比的基本概念3、掌握差分放大電路、恒流源電路的構(gòu)成特點(diǎn)和分析方法21、理解零點(diǎn)漂移（簡稱零漂）產(chǎn)生的原因差分放大電路專業(yè)能力31.集成運(yùn)放中采用直接耦合放大電路

#為什么一般的集成運(yùn)算放大器都要采用直接耦合方式？集成運(yùn)算放大器內(nèi)部在硅芯片上制作三極管容易，但制作電感和電容不容易，所以集成運(yùn)算放大器內(nèi)部盡量使用三極管和電阻，盡量不用電感和電容，實(shí)在非得用也是在集成運(yùn)算放大器構(gòu)成電路時(shí)外接。這就是要采用直接耦合放大電路的原因。

3.2.1

差分放大電路31.集成運(yùn)放中采用直接耦合放大電路 #為什么一般的集成4缺點(diǎn)：直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象零漂：輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。原因：由于溫度變化、電壓的波動和器件的老化等原因引起，造成放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化，這個(gè)變化被放大電路逐級加以放大并傳送到輸出端，使輸出信號偏離原來的起始點(diǎn)而上下飄動，其中溫度是主要原因，故也稱溫漂。

3.2.1

差分放大電路1.集成運(yùn)放中采用直接耦合放大電路優(yōu)點(diǎn)：低頻特性好4缺點(diǎn)：直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象零漂：輸入短路時(shí)，輸出5例若第一級漂移100uV，若第二級也漂移100uV，則輸出漂移1V+10mV。假設(shè)減少第一級的漂移是關(guān)鍵漂移100uV漂移

10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV

3.2.1

差分放大電路5例若第一級漂移100uV，若第二級也漂移1006

引入直流負(fù)反饋。

用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

在輸入端采用差分式放大電路。抑制零漂的措施：

3.2.1

差分放大電路

上圖所示電路同時(shí)使用引入直流負(fù)反饋和非線性元件溫度補(bǔ)償兩種方法來穩(wěn)定Q點(diǎn)。非線性元件D溫度補(bǔ)償過程如下：溫度升高時(shí)二極管壓降UD減小。6引入直流負(fù)反饋。抑制零漂的措施：3.2.1差分放大電7結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、電路結(jié)構(gòu)對稱2、有兩個(gè)輸入端3、有兩個(gè)輸出端單端輸入雙端輸入單端輸出雙端輸出4、采用正負(fù)電源供電VCC＝VEE2.基本差分放大電路結(jié)構(gòu)

3.2.1

差分放大電路7結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、電路結(jié)構(gòu)對稱2、有兩個(gè)輸入端3、有兩個(gè)輸出端8差分放大電路是構(gòu)成的演化：有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象利用對稱克服零點(diǎn)漂移現(xiàn)象2.基本差分放大電路結(jié)構(gòu)

3.2.1

差分放大電路8差分放大電路是構(gòu)成的演化：有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象利用對稱克服零點(diǎn)漂9差分放大電路是構(gòu)成的演化：2.基本差分放大電路結(jié)構(gòu)

3.2.1

差分放大電路引入負(fù)直流電壓源－VEE來擴(kuò)大動態(tài)范圍9差分放大電路是構(gòu)成的演化：2.基本差分放大電路結(jié)構(gòu)3.10(1)、利用電路對稱性抑制溫漂（ui1=ui2=0）TICQ1=ICQ2UCQ1=UCQ2Uo=UCQ1–UCQ2=03.

差放抑制零點(diǎn)漂移的原理

3.2.1

差分放大電路10(1)、利用電路對稱性抑制溫漂（ui1=ui2=0）T11溫度TICQIE

=2ICQVEQVBEIBQICQ當(dāng)vi1

=vi2

=0——抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。自動穩(wěn)定RE具有強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔肰EQ(2)、利用RE負(fù)反饋?zhàn)饔靡种茰仄?.

差放抑制零點(diǎn)漂移的原理

3.2.1

差分放大電路11溫度TICQIE=2ICQVEQVBEIBQICQ12Task6差動放大電路具有以下特點(diǎn)：（1）這個(gè)電路的結(jié)構(gòu)具有對稱性。它由兩個(gè)完全對稱的共射電路組成，VT1、VT2的參數(shù)相同，對稱位置上的電阻阻值也相同。

（2）電路采用正負(fù)雙電源供電。一是為了擴(kuò)大動態(tài)范圍；二是為了輸入信號對地（參考點(diǎn)）幅度為負(fù)時(shí)，需要用雙電源放大器，才能保證發(fā)射結(jié)正偏。

（3）零點(diǎn)漂移被抑制。由于電路的對稱性，溫度的變化對左右兩個(gè)晶體管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。在電路完全對稱的情況下，兩管的集電極電位始終相同，使差動放大電路的輸出為零，不會像直接耦合放大電路那樣出現(xiàn)漂移電壓，從而抑制了放大電路中的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

3.2.1

差分放大電路12Task6差動134.差模信號與共模信號的概念1）差模輸入方式：在差分放大電路的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等、極性相反的信號，即ui1=-ui2。

3.2.1

差分放大電路所輸入的信號稱為差模信號，用表示uid表示：134.差模信號與共模信號的概念1）差模輸入方式：在差分放大14差模輸入等效

3.2.1

差分放大電路+VCCvodRCT1RBRCT2RBRE–VEE-uid/2uid/24.差模信號與共模信號的概念或14差模輸入等效3.2.1差分放大電路+VCCvodRC154.差模信號與共模信號的概念2）共模輸入方式：在差分放大電路的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等、極性相同的信號，即ui1=ui2。

3.2.1

差分放大電路所輸入的信號稱為共模信號，用uic表示：154.差模信號與共模信號的概念2）共模輸入方式：在差分放大16共模輸入等效

3.2.1

差分放大電路4.差模信號與共模信號的概念+VCCvocRCT1RBRCT2RBREE–VEEvic

voc2

voc1ic1ic2ieevee即：16共模輸入等效3.2.1差分放大電路4.差模信號與共模173）一般信號電路的輸入信號一般是差模和共模信號共存的。可分解為差模分量信號與共模分量信號：

3.2.1

差分放大電路4.差模信號與共模信號的概念173）一般信號電路的輸入信號一般是差模和共模信號18根據(jù)線性電路疊加定理，可得一般輸入信號時(shí)差放輸出電壓的表達(dá)式

3.2.1

差分放大電路——差模增益——共模增益4.差模信號與共模信號的概念18根據(jù)線性電路疊加定理，可得一般輸入信號時(shí)差19例題：ui1=10mV,ui2=8mV，Aud＝103，Auc＝0，求uo=?

3.2.1

差分放大電路19例題：ui1=10mV,ui2=8mV，Aud＝20

可見，理想的差分放大電路僅對差模信號具有放大能力，對共模信號不予放大。在理想情況下（電路完全對稱的情況下），

但是實(shí)際情況是電路不可能絕對對稱，實(shí)際的輸出信號vo不僅取決于差模信號，而且還與共模信號有關(guān)。0

3.2.1

差分放大電路4.差模信號與共模信號的概念差模

電壓增益共模

電壓增益20可見，理想的差分放大電路僅對差模信號具有放大21共模信號應(yīng)用：差模信號應(yīng)用：差動放大電路是要放大差模信號，因此稱為差分放大電路。

差動放大電路的零點(diǎn)漂移可以看成是一對共模信號。另外，電源電壓的波動以及由電源引起的50Hz工頻干擾都可以看成是共模輸入信號。共模信號被理想的差動放大電路完全抑制掉。

3.2.1

差分放大電路21共模信號應(yīng)用：差模信號應(yīng)用：差動放大電22Task6

為了更好地描述差動放大電路放大差模、抑制共模的特性，要看差動放大電路對這兩種信號放大倍數(shù)的比值。這個(gè)比值越大，則放大電路抑制溫漂的能力就越強(qiáng)，這個(gè)比值被稱之為共模抑制比，定義為：5.共模抑制比

3.2.1

差分放大電路22Task623差動放大器有兩個(gè)對地的輸入端和兩個(gè)對地的輸出端，所以信號的輸入、輸出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）主要討論的問題有：

差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻、輸出電阻

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式23差動放大器有兩個(gè)對地的輸入端和兩個(gè)對地的輸出端，所以信號241、雙端輸入、雙端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式(1)差模電壓放大倍數(shù)Aud

雙端輸入差放電路如圖所示。負(fù)載電阻接在兩集電極之間。差模信號uid接在兩輸入端之間，也可看成±uid/2各接在兩輸入端與地之間。

241、雙端輸入、雙端輸出3.2.2差分放大電路的輸25一個(gè)理想的差動放大電路采用雙端輸入、雙端輸出的工作方式時(shí)，其差模電壓放大倍數(shù)為：1、雙端輸入、雙端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式(1)差模電壓放大倍數(shù)Aud共模抑制比為：(2)共模電壓放大倍數(shù)Aud25一個(gè)理想的差動放大電路采用雙端輸入、雙端輸出的工26Task61、雙端輸入、雙端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式(3)差模輸入、輸出電阻AudTask6差模輸入電阻rid差模輸出電阻rodRid=2rbe

Rod=2RC26Task61、27Task6

單端輸入可以看成是雙端輸入的一種特例：兩個(gè)輸入信號中的一個(gè)為零。例如：ui1=ui，ui2=0，可以有：相當(dāng)于其中的差模部分為：共模部分為：

所以單端輸入和雙端輸入并沒有本質(zhì)的區(qū)別，可以直接利用雙端輸入時(shí)的公式進(jìn)行計(jì)算。2、單端輸入、雙端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式(1)差模電壓放大倍數(shù)Aud27Task628（1）單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Aud及輸入輸出電阻

單端輸出是指差動放大電路中的一個(gè)管子的集電極對地向外輸出，而另一個(gè)管子的輸出電壓未被利用，所以單端輸出時(shí)的電壓放大倍數(shù)是雙端輸出時(shí)的一半。單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)為：單端輸出的差動放大電路3、單端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式單端輸出時(shí)差模輸入、輸出電阻rod=RC

rid=2rbe

28（1）單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Aud及輸入輸出電阻29（1）單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Aud及輸入輸出電阻單端輸出的差動放大電路3、單端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式單端輸出時(shí)差模輸入、輸出電阻rod=RC

rid=2rbe

交流等效電路29（1）單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Aud及輸入輸出電阻單30（2）單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)Auc單3、單端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式30（2）單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)Auc單3、單端輸出31（2）單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)Auc單（3）單端輸出時(shí)的共模抑制比KCMR3、單端輸出

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式故提高共模抑制比要增加電阻RE31（2）單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)Auc單（3）單端輸出32Task6差動放大電路的四種工作狀態(tài)及特點(diǎn)比較工作狀態(tài)性能特點(diǎn)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差模電壓放大倍數(shù)Aud差模輸入電阻rid2rbe2rbe2rbe2rbe差模輸出電阻rod2RcRc2RcRc共模抑制比KCMR很高較高很高較高

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式32Task6差動33

(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)：

差動放大器動態(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)：

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式33(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34

(3)差模輸入電阻

既然與輸入無關(guān)，無論何種輸入方式差模輸入電阻Rid都是基本放大電路的兩倍。單端輸出時(shí)，雙端輸出時(shí)，

(4)輸出電阻

差動放大器動態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)：

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式34(3)差模輸入電阻既然與輸入無關(guān)，無論何種35(5)共模抑制比

共模抑制比KCMR是差分放大器的一個(gè)重要指標(biāo)。

雙端輸出時(shí)KCMR可認(rèn)為等于無窮大，單端輸出時(shí)的共模抑制比：

差動放大器動態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)：

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式故提高共模抑制比要增加電阻Re。35(5)共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一個(gè)36為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE具有調(diào)零作用的差分放大電路：

3.2.2

差分放大電路的輸入、輸出方式RPRP36為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器。uoui1+V37

已知Ec=12V，Ee=12V，

=60，rbb‘=100Rc=Rb=Ree=10K，RW=100，Ui1=5mV,Ui2=3mV求：1.靜態(tài)工作點(diǎn)

2.輸入差模電壓Uid和共模電壓Uic,雙端輸出差模Uod和共模電壓Uoc解：求靜態(tài)值→Q例題137已知Ec=12V，Ee=12V，=60，rb38解：求靜態(tài)值→Q例題1

已知Ec=12V，Ee=12V，

=60，rbb‘=100Rc=Rb=Ree=10K，RW=100，Ui1=5mV,Ui2=3mV求：1.靜態(tài)工作點(diǎn)

2.輸入差模電壓Uid和共模電壓Uic,雙端輸出差模Uod和共模電壓Uoc38解：求靜態(tài)值→Q例題1已知Ec=12V，Ee39求Uid、Uic

Uid=Ui1-Ui2Uic=Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2=（5＋3）/2=4mV=5-3=2mV求AUd

→Uod

=-31=-312=-62mV求AUc

→Uoc

雙端輸出：AUc=0→

Uoc=0例題139求Uid、UicUid=Ui1-Ui2Uic=Uic40總結(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：

(1)差模信號、共模信號、差模增益、共模抑制比的基本概念。

(2)差分放大電路的組成、工作原理。

(3)差分放大電路的靜態(tài)、動態(tài)分析、計(jì)算。難點(diǎn)：在差模和共模時(shí)對兩個(gè)電阻（RW和RE）的處理40總結(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：411．差動放大電路中，當(dāng)差模放大倍數(shù)一定時(shí)，電路的共模放大倍數(shù)越大，說明()A．電路中溫度漂移越大B．電路對有用信號的放大能力越強(qiáng)C．電路對有用信號的放大能力越弱D．電路對溫度漂移抑制能力越差2．差動放大電路由雙端輸入變?yōu)閱味溯斎?，差模電壓增益?)。

A．增加1倍

B．為雙端輸入時(shí)的1/2

C．不變

D．不確定習(xí)題CD411．差動放大電路中，當(dāng)差模放大倍數(shù)一定時(shí)，423．有公共發(fā)射極電阻的差動放大電路中，電阻的主要作用是()。A．提高差模輸入電阻B．提高差模電壓增益C．提高共模抑制比D．提高共模電壓增益4．差動放大電路抑制零點(diǎn)漂移的效果取決于()。

A．兩個(gè)三極管的放大倍數(shù)

B．兩個(gè)三極管放大電路的對稱程度

C．每個(gè)三極管的穿透電流大小

D．外界溫度的變化習(xí)題CB423．有公共發(fā)射極電阻的差動放大電路中，電阻43習(xí)題43習(xí)題44習(xí)題44習(xí)題45習(xí)題45習(xí)題46集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)46集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)47Task6理想的差動放大電路由于其電路的對稱性，在雙端輸出時(shí)可以把溫漂抑制掉。但在實(shí)際電路中，要做到電路完全對稱是不可能的，因此，基本差動放大電路存在著以下一些問題：（1）由于電路的不對稱性，電路的輸出端仍然會有溫漂信號輸出。（2）在實(shí)際電路中，常常需要單端輸出信號，而這時(shí)電路的溫漂現(xiàn)象仍然比較嚴(yán)重，只不過是比單管基本放大電路增加了一些抑制溫漂的能力而已，遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求。為了解決上述問題，需要在基本差動放大電路的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用恒流源式差動放大電路，即提高共模抑制比。

3.2.3

恒流源式差分放大電路47Task648

為了提高共模抑制比應(yīng)加大Re

。但Re加大后，為保證工作點(diǎn)不變，必須提高負(fù)電源，這是很不經(jīng)濟(jì)的。同時(shí)集成電路難以制造大電阻，為此可用恒流源來代替Re

。

恒流源動態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。恒流源可提供一個(gè)穩(wěn)定的偏流，同時(shí)恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負(fù)電源。

3.1.3

恒流源式差分放大電路48為了提高共模抑制比應(yīng)加大Re49Task6

圖中恒流源由VT3構(gòu)成，為使集電極電流穩(wěn)定，采用了Rb1和Rb2及RE構(gòu)成的分壓式偏置電路。

特點(diǎn)：當(dāng)溫度變化時(shí)，VT3的發(fā)射極電位和發(fā)射極電流也基本保持穩(wěn)定。

因：兩個(gè)放大管的集電極電流ic1、ic2之和近似等于ic3，所以：ic1和ic2將不會因溫度的變化而同時(shí)增大或減小，恒流源VT3起到了抑制共模信號變化的作用。恒流源式差動放大電路

3.2.3

恒流源式差分放大電路為什么叫做恒流源式差動放大電路？49Task650恒流源電路的簡化畫法及電路調(diào)零措施

3.2.3

恒流源式差分放大電路50恒流源電路的簡化畫法及電路調(diào)零措施3.2.3恒流源式51例

圖示電路，設(shè)三極管的β＝100。

(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)；

(2)求差模放大倍數(shù)；

(3)當(dāng)vi為一直流電壓16mV時(shí)，計(jì)算VTl，VT2集電極對地的直流電壓。解(1)RE上的電壓vovi51例圖示電路，設(shè)三極管的β＝100。

(1)求靜態(tài)工52(2)