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典型差分放大电路

1、典型差分放大电路的静态分析

（1）电路组成

（2）静态工作点的计算

静态时： v s1=v s2=0，

电路完全对称，所以有

I B Rs1+U BE+2I E Re=V EE

又∵ I E=（1+β） I B ∴I =I=I=V

B1B2B

2 1R e

R s

通常 Rs<<(1+β)Re，U BE=（硅管） :

I B1=I B2=I B=

因： I C1=I C2=I C=βI B

故： U CE1=U CE2=V CC－I C Rc

静态工作电流取决于V EE和 Re。同时，在输入信号为零时，输出信号电压也为零（ u o=Vc1－VC2=0），即该差放电路有零输入——零输出。

2、差分放大电路的动态分析

（1）差模信号输入时的动态分析

如果两个输入端的信号大小相等、极性相反，即

v s1=- v s2=或 v s1- v s2=u id

u id 称为差模输入信号。

在输入为差模方式时，若一个三极管的集电极电流增大时，则另一个三极管

的集电极电流一定减小。在电路理想对称的条件下，有：

i c1=- i c2。

Re 上的电流为：

i E =i E1+i E2=（I E1+i e1）+（I E2+i e2）

电路对称时，有 I E1=I E2=I E 、i e1=- i e2，使流过 Re 上的电流 i E =2I E 不变，则

发射极的电位也保持不变。差模信号的交流通路如图 : 差模信号下不同工作方式的讨论 : ①双端输入—双端输出放大倍数：

当输入信号从两个三极管的基极间加入、输出电压从两个三极管的集电极之

间输出时，称之为双端输入—双端输出 , 其差模电压增益与单管放大电路的电压增益相同，无负载的情况下 :

当两集电极 c1、c2 A

u o v o1 v o2 2 v o1 R c

间接入负载电阻

RL 时，双端输入—双端输出时的差模电

v s1 v s2

2 v s1

R s r

压放大倍数为：

u o

R L ' R L '

R c // R L

R s

输入电阻： u id 2i b R s 2i b R s r be

2i b R s

2r be

i b

输出电阻： Rod ≈2Rc

②双端输入—单端输出

放大倍数：

u o v o1 v o1 R c

A ud

v s1 v s2 2v s1

2 R s r be

u id 输入电阻： Rid=2rbe

单端输出时的等效电阻为： Rod ≈Rc

（2）共模输入时的动态分析

如果两个输入端信号大小相等、相位相同，即： v s1=v s2=u ic 则称为共模输入

信号，用 u ic 表示。其共模交流通路如图

①双端输入—双端输出

输出的共模电压 u oc=v c1－v c2=0，双端输出时的共模电压增益为：

②双端输入—单端输出其共模电压增益为

u oc v c1 v c2

计算共模放大倍数 Av c 时，由于两个输入信号相等， R e 等效为 2R e 。Av c 的大

小，取决于差分电路的对称性，双端输出时等于零。单端输出时交流通路如

图所示。

综上 :

A ud

v o1 v o2 2v o1 R c u

v c1

v c2

u o

u id

v s1 v s2

2 R s r A

v s1

(2) 双端输入单端输出差模电压放大倍数

共模抑制比 K CMR 或

K CMR

A VD

20 lgdB

A VC

双端输出时由于 Avc 等于零， K CMR 可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制

比：

K CMR

vd1 R'L / 2r

≈

vc1

R'L / 2R e

恒流源电路的基准电流为：

I REF ≈I E4=

V EE

BE4

R 1 R 2

又因 I E3R3≈I E4R2，所以有 I0 ≈I E3≈

R 2 I

REF

R 3 R 3

即三极管 V3、 V4 及 R1、R2、R3等值确定，则 I0 为一定值。

差模特性

741 型运放 A v O 的频率响应 -

开环差模电压增益 Av O

开环带宽 BW (f H)

单位增益带宽 BW G(f T)

差模特性

2. 差模输入电阻 r id 和输出电阻 r o

BJT 输入级的运放 r id 一般在几百千欧到数兆欧

MOSFET为输入级的运放r id＞1012Ω

超高输入电阻运放r id＞1013Ω、 I IB≤

一般运放的 r o＜200Ω，而超高速AD9610的 r o＝Ω

3.最大差模输入电压 V idmax

共模特性

1.共模抑制比 K CMR和共模输入电阻 r ic

一般通用型运放K CMR为（80～120）dB，高精度运放可达140dB，r ic ≥100M Ω。

2.最大共模输入电压 V icmax

一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生 1%跟随误差的共模输入电压幅

值，高质量的运放可达± 13V。

功率放大器

性能分析

(1) 输出功率 :

如果输入足够大, 使输出达到最大值ＶCC-VCES,此时的功率为最大不失真输

出功率 Pom P om1V

- V

CES

≈

1 V

2R L 2 R L

(2)电源提供的功率

每个电源只提供半个周期的电流 , 电源提供的平均功率为：

P V 2V CC

cm 2

I cm ? sin t d ( t )

(3)电路的效率

电路的效率是指输出功率与电源提供的功率之比 : 在输出最大 (Vom≈Ｖ CC)时得到最大输出功率 :

(4)管耗

Vom=0时管耗为 0Vom=VCC时管耗为 : P T 1V CC4

R L4

(5)最大管耗与输出功率的关系

乙类互补对称电路输入为0 时，输出为 0，管耗也为 0，所以输入较小时管耗较小；但输出信号越大并不意味着管耗也越大。

管耗最大发生在 dP/ dV

om 0时此时：V

CC ≈

0.6V 1 V

CC2

T1om CC P T1max20.2P om

R L