差分放大電路：零漂、組成、直流分析課件

第一章差分放大電路

differentialamplifier直接耦合放大電路

#一般的集成運(yùn)算放大器都要采用直接耦合方式差分放大電路：零漂、組成、直流分析1.1直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及抑制方法零漂(zerodrift)：輸入電壓為零而輸出電壓的變化不為零。原因：電源電壓的波動(dòng)、元件的老化、半導(dǎo)體器件參數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的變化。主要原因是溫度，也稱溫漂。溫漂指標(biāo)：溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。差分放大電路：零漂、組成、直流分析抑制零漂（溫漂）的措施

引入直流負(fù)反饋：Q點(diǎn)的漂移，故引入Re穩(wěn)定Q點(diǎn)。

用熱敏元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償：二極管——圖2.4.6。

采用差分式放大電路：利用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消。差分放大電路：零漂、組成、直流分析1.2差分式放大電路的組成及其直流分析差分放大電路是構(gòu)成直接耦合多級(jí)放大器的基本單元。一、電路構(gòu)成有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象利用對(duì)稱克服零點(diǎn)漂移現(xiàn)象差分放大電路：零漂、組成、直流分析對(duì)稱電路的射極電阻合二為一為簡化電路,便于調(diào)節(jié)Q點(diǎn),引入負(fù)直流電壓源－VEE差分放大電路：零漂、組成、直流分析由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱的共射電路組成，通過射極公共電阻Re耦合構(gòu)成?！娐穮?shù)理想對(duì)稱特點(diǎn)：零輸入時(shí)零輸出；差模信號(hào)具有放大作用，共模信號(hào)抑制作用，即為所謂的“差動(dòng)”

。差模信號(hào)：一對(duì)大小相等，極性相反的信號(hào)，用uId1、uId2表示，uId1=-uId2?！猟ifferential共模信號(hào)：一對(duì)大小相等，極性相同的信號(hào)，用uIc1、uIc2表示，uIc1=uIc2

。——common差分放大電路：零漂、組成、直流分析輸入方式單端輸入雙端輸入輸出方式單端輸出雙端輸出

差分電路的輸入輸出方式差分放大電路：零漂、組成、直流分析二、長尾式差分放大電路?1=?

2=?UBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbe

ICBO1=ICBO2=ICBORC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb差分放大電路：零漂、組成、直流分析靜態(tài)分析uI1=uI2=0由于電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)對(duì)稱，管子特性一致。IBQ1=IBQ2=

IBQICQ1=ICQ2=ICQIEQ1=IEQ2=

IEQUC1=UC2=UC差分放大電路：零漂、組成、直流分析1.3差分放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制作用uIc1=uIc2=uIcib1=ib2ic1=ic2ie1=ie2流過Re上的動(dòng)態(tài)電流：iRe=ie1+ie2=2ieRe上的電壓：uRe=2ieRe因此，從電壓等效的觀點(diǎn)看，相當(dāng)每管的射極各接有2Re的電阻。畫交流通路時(shí)，單管射極電阻應(yīng)為2Re。差分放大電路：零漂、組成、直流分析共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)定義為:uocRcuIc1T1Rb2ReIec1uoc1RcuIc2T2Rb2ReIec2uoc2雙端輸出時(shí)，當(dāng)電路完全對(duì)稱時(shí)，uoc1=uoc2,所以雙端輸出的共模電壓放大倍數(shù)為零，即Ac=0。差分放大電路：零漂、組成、直流分析

單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)為——P163(3.3.17)差分放大電路：零漂、組成、直流分析

可見，由于射極電阻2Re的自動(dòng)調(diào)節(jié)(負(fù)反饋)作用，使得單端輸出的共模電壓放大倍數(shù)大為減小。在實(shí)際電路中，均滿足Re>RC，故|Ac(單)|<0.5，即差動(dòng)放大器對(duì)共模信號(hào)不是放大而是抑制。共模負(fù)反饋電阻Re越大，則抑制作用越強(qiáng)。差分放大電路：零漂、組成、直流分析1.4

差分放大電路對(duì)差模信號(hào)的放大作用uI1=uId1，uI2=uId2，而uId1=-uId2ib1=-ib2ie1=-ie2uc1=-uc2流過Re上的交流總電流：

ie=ie1+ie2=0Re上交流壓降為0。因此，畫交流通路時(shí)，Re可視為短路，即兩管的發(fā)射極直接接地。即：一管的射極電流增大，另一管的射極電流減小，且增大量和減小量時(shí)時(shí)相等。因此流過Re的信號(hào)電流始終為零，公共射極端電位將保持不變。所以對(duì)差模輸入信號(hào)而言，公共射極端可視為差模地端，即Re相當(dāng)對(duì)地短路。差分放大電路：零漂、組成、直流分析

由uc1=-uc2可知RL兩端電位一端為正，一端為負(fù)，RL的中點(diǎn)應(yīng)是地電位，即每管對(duì)地的負(fù)載電阻為RL/2差分放大電路：零漂、組成、直流分析RbRcuId1uoT1RbRcuId2T2uId差模電壓放大倍數(shù)uId1=-uId2

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。在雙端輸出時(shí)，輸出電壓為:輸入差模電壓為:

差分放大電路：零漂、組成、直流分析RbRcuId1uoT1RbRcuId2T2uId差分放大電路：零漂、組成、直流分析R'L=Rc//(RL/2)與單管增益形式相同，以犧牲一個(gè)管子的放大倍數(shù)為代價(jià)，來換取低溫漂Ri=2(Rb+rbe)Ro≈2RcP160(3.3.7)差分放大電路：零漂、組成、直流分析

單端輸出時(shí)，則IBQ1=IBQ2=

IBQ，

ICQ1=ICQ2=ICQIEQ1=IEQ2=

IEQ，UCQ1

UCQ2VCC=(ICQ1+

ILQ

)

RC+UOQILQ

=UOQ

/

RL差分放大電路：零漂、組成、直流分析單端輸出時(shí)，則Ri=2(Rb+rbe)Ro≈Rc接T1接T2P163（3.3.16）差分放大電路：零漂、組成、直流分析沒有ReRi=2(Rb+rbe)Ro≈2Rc雙端輸入—單端輸出Ri=2(Rb+rbe)Ro≈Rc

總之：差分電路的動(dòng)態(tài)分析：差模信號(hào)R'L=Rc//(RL/2)R'L=Rc//RL雙端輸入—雙端輸出差分放大電路：零漂、組成、直流分析共模抑制比KCMR—衡量差放的一個(gè)重要指標(biāo)

為了衡量差動(dòng)放大電路對(duì)差模信號(hào)的放大和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，引入?yún)?shù)共模抑制比KCMR。它定義為差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對(duì)值，即——commonmoderejectionratioKCMR也常用dB數(shù)表示，并定義為差分放大電路：零漂、組成、直流分析KCMR實(shí)質(zhì)上是反映實(shí)際差動(dòng)電路的對(duì)稱性。雙端輸出單端輸出

在雙端輸出理想對(duì)稱的情況下，因Ac=0,所以KCMR趨于無窮大。但實(shí)際的差動(dòng)電路不可能完全對(duì)稱，因此KCMR為一有限值。在單端輸出不對(duì)稱的情況下，KCMR必然減小。理想差放的特點(diǎn)：輸入無差別，輸出就不動(dòng)；輸入有差別，輸出就變動(dòng)。差分放大電路：零漂、組成、直流分析對(duì)任意信號(hào)的分析方法

對(duì)于兩個(gè)任意信號(hào)Ui1、Ui2，分析時(shí)可將它們分解成一對(duì)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)，然后分別由差模和共模增益來求。Uic=Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2Uid1=-Uid2=Uid/2Uid=(Ui1-Ui2)例：Ui1=10mVUi2=8mVUic=(Ui1+Ui2)/2=9mVUid=(Ui1-Ui2)=2mV輸出電壓為：

uO=Aduid+Acuic

差動(dòng)放大電路的輸出與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比，與輸入電壓本身的大小無關(guān)Ac=0時(shí)：

uO=Aduid差分放大電路：零漂、組成、直流分析已知Ec=12V，Ee=6V，

=60rbb'=100Rc=Rb=Ree=10KRW=100,Ui1=5mV,Ui2=3mV求：輸入差模電壓Uid1、Uid2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→?例題差分放大電路：零漂、組成、直流分析求Uid1、Uid2、Uic

Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2Uic=Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2=（5＋3）/2=4mV=（5-3）/2=1mV求AUd

→Uod

=-31=-311=-31mV

求AUc

→Uoc

雙端輸出：AUc=0→Uoc=0例題差分放大電路：零漂、組成、直流分析單端輸入差放電路的分析Ui1=UiUi2=0處理方法：按任意信號(hào)處理Uic1=Uic2=(Ui+0)/2=Ui/2Uid1=-Uid2=(Ui-0)/2=Ui/21.雖然是單端輸入，輸入信號(hào)將自動(dòng)將Ui/2加于T1,-Ui/2加于T2（Ree的負(fù)反饋的作用）——雙端輸入處理。2.增加了一對(duì)共模信號(hào)，

Uic1=Uic2=Ui/2例題差分放大電路：零漂、組成、直流分析

當(dāng)溫度變化或電源電壓波動(dòng)時(shí)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢(shì)是相同的，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。

差分放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，這就意味著差放對(duì)由溫度變化或電源電壓波動(dòng)所引起的輸出漂移有很強(qiáng)的抑制作用。這就是研究共模輸入信號(hào)的意義。Iec1Iec2抑制零點(diǎn)漂移差分放大電路：零漂、組成、直流分析

電路11.6改進(jìn)型差分放大電路

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(dòng)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。差分放大電路：零漂、組成、直流分析

恒定電流Ube+I3R3=2UD+I2R2由于IB3很小→I1≈I2

有源負(fù)載—提供大動(dòng)態(tài)電阻用恒流源輸出等效高阻代替實(shí)體電阻，稱該電阻為有源負(fù)載。若Ube=UD則I3R3=UD+I2R2恒流源差分放大電路差分放大電路：零漂、組成、直流分析靜態(tài)

電路2－簡化畫法差分放大電路：零漂、組成、直流分析差動(dòng)放大電路的調(diào)零措施差分放大電路：零漂、組成、直流分析恒流源電路的簡化畫法及電路調(diào)零措施差分放大電路：零漂、組成