3.2差分放大電路.ppt

1、直接耦合的特點：,優(yōu)點：,1）便于集成化,2）低頻特性好，能放大低頻甚至直流信號,缺點：,1）存在直流靜態(tài)工作點配置問題。 各級靜態(tài)工作點相互影響，難設(shè)計和調(diào)試。,2）存在著嚴重的零點漂移問題。,3.1.4 直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象,一、 零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,理想放大電路輸入信號為0,輸出電壓=UCEQ.,輸入電壓為零，輸出電壓不為零且緩慢變化的這種現(xiàn)象稱為零點漂移現(xiàn)象。,零點漂移就是Q點的漂移！,(直流量，恒定不變),實際上，隨溫度變化，輸出電壓會發(fā)生變化。,零點漂移現(xiàn)象的主要原因是溫度變化，因此也稱溫度漂移。,溫漂是一個交流信號,產(chǎn)生溫漂相當于輸入端輸入一交流信號。,直接耦合

2、放大電路中，前后級直接相連，漂移電壓和有用信號一起被傳送到下一級，逐級放大，在輸出端很難區(qū)分有用信號和漂移電壓，放大電路不能正常工作。,阻容耦合放大電路中，緩慢變化的漂移電壓會降落在耦合電容之上，不會傳遞到下級放大。,使用直接耦合放大電路，必須采取措施抑制溫度漂移。,二、抑制溫度漂移的方法：,1）采用直流負反饋，典型的Q點穩(wěn)定電路；,2) 采用溫度補償?shù)姆椒ǎ?3）采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消， 構(gòu)成 “差分放大電路”。,條件：兩個電路參數(shù)完全對稱，兩個管子的溫度特性也完全對稱。,基本差分放大電路,3.2 差分放大電路,一、基本差分放大電路,兩電路參數(shù)完全相同，溫度變化相同，兩只管

3、都產(chǎn)生相同的零點漂移。但是由于兩集電極電位的變化相同，互相抵消，所以輸出電壓變化為0，零點漂移被完全抑制。,兩個輸入信號幅值相同，相位相同,沒有對輸入信號進行放大，對共模信號有抑制作用。,問題:,電路難于絕對對稱，因此仍然存在零漂.,相當于兩放大電路輸入了兩個同樣的漂移電壓。,對于有用信號，采用差模信號進行放大。,+Vcc,Rc,+,ui1,Rb,T1,Re,_,VBB,+Vcc,Rb,Rc,T2,RL,Re,+,ui2,_,VBB,-VEE,+Vcc,Rc,+,ui1,Rb,T1,Re,_,VBB,+Vcc,Rb,Rc,T2,RL,Re,+,ui2,_,VBB,-VEE,二、長尾式差動放大電

4、路,由于IBQ ，Rb較小，其上的電壓降可忽略不計。,RbIBQ+UBEQ+2ReIEQ=VEE,Rb上電壓降忽略不計，發(fā)射極電位UEQ-UBEQ,UCEQVCCRCICQ+UBEQ,1、 靜態(tài)分析,+,2、共模輸入,輸入信號,共模電壓放大倍數(shù),=0,電路參數(shù)的對稱性，溫度變化時管子的電流變化完全相同，集電極電位的變化也相同，輸出電壓為0。,發(fā)射極電阻Re對共模信號的負反饋作用,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 ,結(jié)論：可想而知，即使采取了這些措施，差動放大電路的兩半電路仍不可能完全對稱，也就是說，零點漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。,對于每邊晶體管而言，發(fā)

5、射極等效電阻為2Re,同樣的Re，差分放大電路比Q點穩(wěn)定電路的負反饋作用更強。,3、有用信號差模輸入,差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號,iE1= iE2，Re中電流不變，即Re 對差模信號無反饋作用。,加入交流信號ui,畫交流通路，交流等效電路,+,+,負載電阻的中點電位接“地”。,E點電位不隨輸入信號的 變化而變化，相當于直流信號源。,直流信號源在交流通路中=0,E點在交流通路中相當于接地。,ui2,交流通路,輸入信號,輸出信號,差模電壓放大倍數(shù),0,+,交流通路,交流等效電路,電阻e不影響差模電壓放大倍數(shù)！,兩只管子的電壓放大能力相當于單管放大電路，差分放大電路是以犧牲一只管子的放大

6、倍數(shù)為代價，來換取低溫漂移的效果,信號同時加到同相輸入端和反相輸入端，稱為雙端輸入；,僅從集電極C1或C2對地輸出稱為單端輸出。,三、雙端輸入，單端輸出電路,3.1 靜態(tài)工作點,3.2 輸入共模信號,計算共模電壓放大倍數(shù),=0?,電路結(jié)構(gòu)不對稱，只能利用發(fā)射極電阻Re的負反饋作用來抑制溫漂。,交流通路,增大Re是抑制共模信號的基本措施!,3.3 輸入差模信號,計算差模電壓放大倍數(shù),若從T2管的集電極輸出,信號僅從一個輸入端對地加入，稱為單端輸入。,四、單端輸入，單端輸出電路,共模信號,差模信號,單端輸入的特點：,輸入既有差模信號又有共模信號,例1：,單端輸入，單端輸出電路如下圖所示，已知 Au

7、c=-0.2， Aud=-2，ui=100mv，uo=?,根據(jù)疊加定理,共模信號,共模輸出：,差模信號,差模輸出：,共模信號,差模信號,記?。?四、單端輸入，雙端輸出電路,已知Auc=0， Aud=-2，ui=100mv，uo=?,共模抑制比KCMR,對于差動放大電路，差模信號（有用信號），要求有較大的放大倍數(shù)；共模信號（漂移信號），要抑制，要求有較小的放大倍數(shù),共模抑制比越大，說明電路性能越好,電路參數(shù)理想對稱情況下：,五、差分放大電路指標參數(shù)-共模抑制比,小結(jié)： 差分放大電路的動態(tài)分析,(1)差模電壓放大倍數(shù),(2)共模電壓放大倍數(shù),(3)差模輸入電阻,(4)輸出電阻,動態(tài)分析用交流通路，

8、在四種接法等效電路中輸入端不變，輸出端變化。,四個參數(shù)都與輸出方式有關(guān)，與輸入方式無關(guān)。,雙端輸出,單端輸出,(2)共模電壓放大倍數(shù),雙端輸出,單端輸出,(1)差模電壓放大倍數(shù),(3)差模輸入電阻,(4)輸出電阻,雙端輸出,單端輸出,四、具有恒流源的差分放大電路,Re 越大，共模負反饋越強，單端輸出的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。,低電源條件下，得到趨于無窮大的Re。,要求：,解決方法：采用電流源！,共模單端輸出,恒流源兩端電阻無窮大,恒流源的作用:,（1）恒流源相當于阻值很大的電阻，使共模放大倍數(shù)減小，從

9、而增加共模抑制比。,（2）恒流源不影響差模放大倍數(shù)。,理想的恒流源相當于阻值為無窮的電阻，所以共模抑制比是無窮。,（1）具有對稱結(jié)構(gòu)的差分放大電路；,（2）改進的具有恒流源的差分放大電路；,在實際電路中，難以做到參數(shù)理想對稱，把一個阻值很小的電位器加在兩只管子的發(fā)射極之間，使得在兩個輸入端為0(接地)時，輸出端也為0。,注：RW會對電路的動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響！,五、差分放大電路的改進,若RW滑動端在中點,例:所示電路參數(shù)理想對稱， VCC=12V，VEE=6V，RC2=20k，R=1k，晶體管的均為80，rbe=7k ， T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ=0.3mA。,試估算：,（1）Re3

10、（2）集電極靜態(tài)電位 UCQ1和UCQ2 （3）Ad，Ac，Ri，Ro （4）若直流信號uI=10mV， 則uo=?,解：,（1）Re中的電流為T1，T2發(fā)射極電流之和，即 IRe32IEQ=0.6mA,（2）集電極靜態(tài)電位UCQ1和UCQ2分別為,（3）單端輸出，差模放大倍數(shù)是雙端輸出的一半， 在T2的集電極輸出， 輸出電壓與輸入電壓同相。,具有恒流源差分放大電路,（4）若直流信號uI=10mV，則uo=？,例：已知Rb=1k， Rc=10k，RL=5.1k，VCC=12V ， VEE=6V ，晶體管的=100，rbe=2k,（1）為使T1和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流為0.5mA，Re的取值應為

11、多少？T1和T2管的管壓降UCEQ為多少？,（2）計算Au、 Ri和 Ro的數(shù)值。,（3）若將電路改成單端輸出，用直流表測得輸出電壓uo=3V，試問輸入電壓ui約為多少？設(shè)IEQ=0.5mA，且共模輸出電壓可忽略不計。,解：,（1）計算靜態(tài)工作點,（2）計算動態(tài)參數(shù),（3）若將電路改成單端輸出，用直流表測得輸出電壓uo=3V，試問輸入電壓ui約為多少？(設(shè)IEQ=0.5mA，且共模輸出電壓可忽略不計。),靜態(tài)電壓,差模輸出uO,差分放大電路作為輸入級，可以抑制溫漂。,共集放大電路,(a)在ui正半周0.7V，晶體管導通，uoui；,輸入ui正弦信號，,(b)在ui負半周-0.7V，晶體管導通，

12、uoui；,特點：,晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)處于放大狀態(tài)，而另外半個周期內(nèi)處于截止狀態(tài)。,將兩個電路合并，即共用負載RL和輸入端,T1為NPN管，T2為PNP管 要求：兩只管子參數(shù)相同， 特性對稱。,靜態(tài)時： ui = 0V,T1、T2均不工作，uo = 0v。,動態(tài)時：加入正弦信號,ui 0.7v,T1導通,ui0,uoui,T2截止,ui -0.7v,T2導通,uoui,ui0,T1截止,3.3.3 基本耦合互補輸出級,一、基本電路,射極跟隨,射極跟隨,ui,電路工作狀態(tài)：,兩管交替工作，實現(xiàn)雙向跟隨(uoui)。,存在問題:,正負半周銜接不好，在ui過零處輸出電壓產(chǎn)生失真，稱為”交

13、越失真”。,原因：,靜態(tài)電流為0。,解決辦法：,將靜態(tài)工作點提高一點， T1、T2處于微導通，避開輸入特性的死區(qū)。,考慮晶體管的開啟電壓Uon,當：ui0且ui Uon 時，晶體管T1、T2均截止，輸出為零。,當ui Uon時，晶體管T1導通， T2均截止，輸出為ui,二、消除交越失真的互補輸出級,要求：有合適的Q點，信號為零時兩只管子處于臨界導通或微導通狀態(tài)。當有信號輸入時兩只管子中至少有一只導通，因而消除了交越失真。,動態(tài)電阻盡可能小，即動態(tài)信號的損失盡可能小。,（1）用二極管電路消除交越失真,靜態(tài)：,ub1b2=UD1+UD2,ub1=0.7V，ub2=-0.7v,ui0，T1導通，uo

14、=ui,ui0，T2導通，uo=ui,為增大T1、T2的電流放大系數(shù)，常采用復合管結(jié)構(gòu)。,ub1=0.7V，ub2=-0.7v此種Q點合適？,合理選擇R3、R4，可得到UBE任意倍數(shù)的直流電壓,（2）UBE倍增電路,三、準互補輸出電路,T1、T2復合NPN,T3、T4復合PNP,從輸出端看，T2、T4為同一類型。,準互補輸出電路,1、 放大電路的讀圖方法,（4）定量估算：必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。,四、直接耦合多級放大電路,（1）化整為零：按信號流通順序?qū)級放大電路分為 N個基本放大電路。,（2）識別電路：分析每級電路屬于哪種基本電路，有 何特點。,（3）統(tǒng)觀總體：分析整個電路的性能特點。,2、 例題,第一級：雙端輸入單端輸出的差放,第二級：以復合管為放大管的共射放大電路,第三級：準互補輸出級,（1）化整為零，識別電路,（2）基本性能,輸入電阻為2r