利用差动放大器实现低功耗、高性能绝对值电路
发掘绝对值电路更多价值 -利用差动放大器实现低功
耗、高性能绝对值电路
作者：Moshe Gerstenhaber 和Reem Malik 传统上，精密半波和全波整流器均采用精心挑选的元件，这些元件包括高速运算放大器、快速二极管和精密电阻。元件数量繁多致使这种解决方案成本很高，而且无法摆脱元件间交越失真、温度漂移变化的困扰。 本文介绍了如何配置双通道差动放大器 - 不需任何外部元件来提供精密绝对值输出。这种创新方案可以比传统方案实现更高精度、更低成本和功耗。 如图1所示，差动放大器1包括一个运算放大器和四个电阻，
它们配置成一个减法器。低成本单芯片差动放大器内置激光晶圆调整电阻，提供极高增益精度、低失调、低失调漂移、高共模抑制以及比分立替代器件更出色的整体性能。 图1. 差动放大器 传统绝对值电路 图2所示为常用全波整流器电路示意图。这种设计依赖两个快速运算放大器和五个精密电阻来获得高性能。当输入信号为正时，A1的输出为负，所以D1反向偏置。D2正向偏置，从而关闭A1附近经过R2的反馈环路并形成反相放大器。A2将乘以增益-2的A1输出和乘以增益-1的输入信号相加，得到净增
益+1。
当输入信号为负时，D1正向偏置，从而关闭A1附近的反馈环路。D2反向偏置，故不导通。A2将输入信号反相，产生正输出。因而，A2的输出为正电压，表示正负输入的绝对值。 图2. 标准全波整流器2, 3 这种设计有几个固有的性能和系统缺点，如成本、交越失真、增益误差及噪声等。该设计要求双电源和许多高性能元件，进一步提高了成本和复杂度。由于输入信号跨越0 V + ΔV 和0 V – ?V ，A1的输出必须在–V BE 至+V BE 之间摆动，所以响应时间可能较长。高速运算放大器和二极管可以帮助减轻这个问题，不过代价是更高的功耗。绝对值输出的增益精度取决于R1、R2、R3、R4和R5的匹配程度。甚至一个电阻的小量失配，也会造成正负绝对值峰值之间的巨大误差。整体噪声增益为6，放大了运算放大器噪声、失调和漂移效应。 改进的绝对值电路
图3所示为更简单、更有效的绝对值电路，只需一个AD82774双通道差动放大器和一个正电源。当输入信号为正时，A1充当电压跟随器。A2两个输入端的电位与输入信号相同，所以A2只是将正信号传递到输出端。当输入信号为负时，A1输出端处于0 V ，而A2 反转输入信号。最终获得输入信号绝对值。可在高达10 kHz 的频率下对高达±10 V
的信号进行整流。如果要整流的信号非常微弱，在每个运算放大器输出端放置一个下拉电阻可以提高0 V 附近的电路性能。
图3. 利用AD8277的单电源绝对值电路
这个电路看似简单，但功能可行，这完全得益于AD8277出色的输入输出特性以及单电源工作能力。和大多数单电源供电应用不同，该差动放大器的输入可在0 V 以下驱动。这允许A1的输入端在接受负输入信号的同时，保持0V 输出。输入端集成ESD 二极管，过压保护能力更鲁棒。图4所示为1 kHz 20 V p-p 输入信号的输入和输出波形及特性。
这个改进的绝对值电路克服了传统整流器设计的诸多缺陷，其价值超乎想象。其中最为突出的是减少了所需元件数：只需一个器件。取消了外部二极管，同时也消除了交越失真。激光晶圆调整电阻精确匹配，确保增益误差低于0.02%。电路的噪声增益只有2，噪声、失调及漂移更低。由于采用2 V 至36 V 单电源供电，AD8277静态电流低于400 μA 。
Analog Dialogue 44-04 https://www.360docs.net/doc/e17233840.html,/analogdialogue 1
OUT = │V IN │
V IN–V IN+OUT OUT = │V IN │
2 Analog Dialogue 44-04
Moshe Gerstenhaber [moshe.gerstenhaber
@https://www.360docs.net/doc/e17233840.html, ] 现为ADI 公司研究员（Fellow ）。
于
1978年加入ADI ，数年间先后担任过制造、
工程及设计方面的多种高级职务。Moshe 目 任集成放大器产品（IAP ）小组的设计总监。
放大器设计领域作出了突出贡献，尤其在极高精度专业放大器方面，如仪器仪表和差动放大器等。
Reem Malik [reem.malik@https://www.360docs.net/doc/e17233840.html, ]是马萨诸塞州威尔明顿市集成放大器产品（IAP ）小组的一名应用工程师。她为仪器仪表、工业及医疗领域的顾客提供支持并负责差动放大器和可变增益放大器等产品。Reem 于2003和2008年分
别获得伍斯特理工学院电子工程学士学位和硕士学位。她于2008年6月加入ADI 公司。
图4. (a) 1 kHz 20 -V p-p 输入信号的输入和输出。(b) 输入与输出特性曲线。
结论 采用单个双通道差动放大器构建的精密全波整流器在多个方面超越了传统设计。其中最值得一提的是，取消了高性能外部元件和双电源，成本和复杂程度均大幅降低。该差动放大器解决方案不存在交越恢复问题并经优化以在广泛温度范围内获得低漂移。采用AD8277，可利用单个IC 实现低功耗、低成本、高精密绝对值电路。 参考文献 1
https://www.360docs.net/doc/e17233840.html,/zh/amplifiers-and-comparators/differ ence-amplifiers/products/index.html 。 2
https://www.360docs.net/doc/e17233840.html,/appnotes/an001.htm 。 3
Sedra, A.S. and K.C. Smith. Microelectronics Circuits. 4th ed. New York: Oxford University Press. 1998. 4https://www.360docs.net/doc/e17233840.html,/zh/amplifiers-and-comparators/differ ence-amplifiers/ad8277/products/product.html 。 关于作者
(a)(b)
差动放大器实验报告
差动放大器实验报告 以下是为大家整理的差动放大器实验报告的相关范文，本文关键词为差动,放大器,实验,报告,篇一,实验,差动,放大器,南昌大学，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在工作报告中查看更多范文。 篇一：实验五差动放大器 南昌大学实验报告 实验五差动放大器 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 下图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器Rp用来调节T1、T2管的静态工作点，使得输入信号ui＝0时，双端输出电压uo＝0。Re为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较
强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图5-1差动放大器实验电路 1、静态工作点的估算典型电路Ic1=Ic2=1/2Ie恒流源电路Ic1=Ic2=1/2Ic3 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 双端输出:Re＝∞，Rp在中心位置时， Ad? 单端输出 △uoβRc ?? △ui Rb?rbe??β)Rp 2 Ad1? △uc11?Ad △ui2 Ad2? △uc21 ??Ad △ui2 当输入共模信号时，若为单端输出，则有 △uc1?βRcR
Ac1?Ac2????c △uiR?r?(1?β)(1R?2R)2Re bbepe 3、共模抑制比cmRR2 为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比AA cmRR?d或cmRR?20Logd?db? AcAc 三、实验设备与器材 1、函数信号发生器 2、示波器 3、交流毫伏表 4、万用表 5、实验箱 6、差动放大器集成块 四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 按图5-1连接实验电路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。 1)测量静态工作点2)①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端A、b与地短接，接通±12V直流电源，用直流电压表测量输出电压uo，调节调零电位器Rp，使uo＝0。调节要仔细，力求准确。 ②测量静态工作点 零点调好以后，用直流电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻Re两端电压uRe，记入表5－1。
差分运算放大器基本知识
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
差动放大器实验报告
差动放大电路的分析与综合（计算与设计）实验报告1、实验时间 10月31日(周五)17:50-21:00 2、实验地点 实验楼902 3、实验目的 1. 熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 2. 加深对差动放大器性能及特点的理解 3. 学习差动放大电路静态工作点的测量 4. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 5. 熟悉恒流源的恒流特性 6. 通过对典型差动放大器的分析，锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 7. 练习使用电路仿真软件，辅助分析设计实际应用电路 8. 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力 4、实验仪器 数字示波器、数字万用表、模拟实验板、三极管、电容电阻若干、连接线 5、电路原理 1. 基本差动放大器 图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。 部分模拟图如下
1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 2.4.2. 具有平衡电位器的差动放大器 分析容 BQ I CQ I CQ U CEQ U 空载 A m 100.43-? 1.13mA 6.4V 7.1V 双出 A m 100.43-? 1.13mA 6.4V 7.1V 单出 A m 100.43-? 1.13mA 3.2V 3.9V 分析容 BQ I CQ I CQ U CEQ U 空载 A m 109.83-? 1.12mA 6.4V 7.1V 双出 A m 109.83-? 1.12mA 6.4V 7.1V 单出 A m 100.93-? 1.10mA 3.2V 4.0V 分析容 u A i R o R CMR K 空载 -189 15k Ω 10k Ω ∞ 双出 -93.3 15k Ω 10k Ω ∞ 单出 -46.7 15k Ω 5k Ω 184.2 分析容 u A i R o R CMR K 空载 -179.4 15k Ω 10k Ω ∞ 双出 -90.1 15k Ω 10k Ω ∞ 单出 -45.5 15k Ω 5k Ω 189.4
差动放大器实验报告
差动放大电路的分析与综合（计算与设计）实验报告 1、实验时间 10月31日(周五)17:50-21:00 2、实验地点 实验楼902 3、实验目的 1. 熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 2. 加深对差动放大器性能及特点的理解 3. 学习差动放大电路静态工作点的测量 4. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 5. 熟悉恒流源的恒流特性 6. 通过对典型差动放大器的分析，锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 7. 练习使用电路仿真软件，辅助分析设计实际应用电路 8. 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力 4、实验仪器 数字示波器、数字万用表、模拟实验板、三极管、电容电阻若干、连接线 5、电路原理 1. 基本差动放大器 图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。 部分模拟图如下
1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有平衡电位器的差动放大器 分析内容 BQ I CQ I CQ U CEQ U 空载 A m 100.43-? 双出 A m 100.43-? 单出 A m 100.43-? 分析内容 BQ I CQ I CQ U CEQ U 空载 A m 109.83-? 双出 A m 109.83-? 单出 A m 100.93-? 分析内容 u A i R o R CMR K 空载 -189 15k Ω 10k Ω ∞ 双出 15k Ω 10k Ω ∞ 单出 15k Ω 5k Ω 分析内容 u A i R o R CMR K 空载 15k Ω 10k Ω ∞ 双出 15k Ω 10k Ω ∞ 单出 15k Ω 5k Ω
差动放大器的原理及四种连接方法_下_
电子报/2011年/5月/22日/第010版 电子职校 差动放大器的原理及四种连接方法(下) 江苏顾振远 (接上期) 3.晶体管恒流源电路 用差动放大器抑制零点漂移的方法就是“加入”Re，如上所述Re愈大，克服零点漂移的效果愈好，但Re愈大，需要的电源Ee愈高。我们一方面希望Re大，一方面又希望Ee低一些。在这种情况下，可使用晶体管来代替Re，这种电路称为晶体管恒流源差动放大电路，如图3所示。 图3中R1和R2是分压电阻，为T3提供正向偏置，以固定基极电位Ub3。当温度升高使Ic1、Ic2增加时，Re3两端的电压也要增加，但由于Ub3为固定值，Ube3就要下降，Ib3随之减小，因此抑制了Ic3的上升，保持了Ic3的不变。则Ic1、Ic2就不能增加，从而使管子的输出uol和u02几乎不变。 4.共模反馈型 如果一级差动放大倍数不够，就得采用多级进行放大，图4是一个高放大倍数放大器的前两级，为了提高共模抑制比和减小输出的漂移，引进了共模反馈。 当输入端有共模信号时(输入端的漂移或外界共模干扰)，Ic1、Ic2将同时变化。如果Ic1、Ic2都减小了，则第二级T4、T5管的Ie将增大，Ub3随之升高。如果用Ub3控制T3的基极，则Ic3将增加一些，从而Ic1、Id2回升，使Ic1、Ic2的变化趋势被削弱，这样每个管子输出电压的漂移也就小了。 以上各种方法，在良好工艺措施保证下，差动电路的零点漂移可以作到10μV/℃以下。 5.差动电路四种连接方法的比较 先将差动电路几种接法的主要性能列成附表。从附表上可以看出一些规律: (1)凡是双端输出，放大倍数基本上和单管一样。单端输出时放大倍数为单管一半。 (2)输出电阻在双端输出时为2RC，单端输出时为RC。 (3)输入电阻无论在双端输入还是单端输入时，均为2(Rbl+rbe)。(完)
实验3.7 差动放大器
108 实验3.7 差动放大器 一、实验目的 （1）理解差动放大器的工作原理，电路特点和抑制零漂的方法。 （2）掌握差动放大器的零点调整及静态工作点的测试方法。 （3）掌握差动放大器的差模放大倍数、共模放大倍数和共模抑制比的测量方法。 二、实验设备及材料 函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。 三、实验原理 差动放大器实验电路如图3.7.1所示，其中晶体管T 1、T 2称为差分对管，与电阻R C1、R C2及电位器R W 共同组成差动放大的基本电路。其中R C1=R C2，R W 为调零电位器，若电路完全对称，静态时R W 应处为中点位置，若电路不对称，调节R W ，使U o 两端静态时的电位相等（U o = 0）。 晶体管T 3、D 1与电阻R e3和R 2组成恒流源电路，可以为差动放大器提供恒定电流I 0。两个R 1为均衡电阻，给差动放大器提供对称的差模输入信号。由于电路参数完全对称，当外界温度变化，或电源电压波动时，对电路的影响都是一样的，因此差动放大器能有效的抑制零点漂移。 1、差动放大器的输入输出方式，如图3.7.1所示电路。 根据输入信号和输出信号的不同方式有四种连接方式。 （1）双端输入—双端输出：输入信号U i 加在U i1、U i2两端：U i =U i1-U i2；输出U o 取自U o1、U o2两端：U o =U o1-U o2。 （2）双端输入—单端输出：输入信号U i 加在U i1、U i2两端：U i =U i1-U i2；输出U o 图3.7.1 差动放大器实验电路
109 取自U o1或U o2到地的信号：U o =U o1或U o =U o2。 （3）单端输入—双端输出：输入信号加在U i1上，U i2接地（或U i1接地而信号加在U i2上）；输出U o 取自U o1、U o2两端：U o =U o1-U o2。 （4）单端输入—单端输出：输入信号加在U i1上，U i2接地（或U i1接地而信号加在U i2上）；输出U o 取自U o1或U o2到地的信号：U o =U o1或U o =U o2。 连接方式不同，电路的性能参数有所不同。 2、静态工作点的计算 具有恒流源的差动放大器静态时（U i = 0），由恒流源电路得 e3 BE D 0R U U I -= （3-7-1） 其中U D 为稳压管D 1的稳压值，U BE 为发射结压降。 差动放大器中的T 1、T 2参数对称，则 I C1 = I C2 = I 0 /2 （3-7-2） 2 C1 0CC C1C1CC C2C1R I U R I U U U - -=== （3-7-3） 由（3-7-3）式可知，具有恒流源的差动放大器的工作点，主要由恒流源I 0决定。 3、差动放大器的主要指标计算 （1）差模放大倍数A ud 由分析可知，差动放大器在单端输入或双端输入方式不同时，它们的差模电压增益相同。但是对双端输出和单端输出方式的不同，差模电压增益不同。在此仅分析双端输入情形，单端输入情形可自行分析。 差动放大器的两个输入端分别输入两个大小相等，极性相反的差模信号U id1、U id2 （U id1=-U id2），差动放大器的差模输入信号U id = U id1-U id2。 双端输入—双端输出时，差动放大器的差模电压增益为 （3-7-4） 式中 L L C ||2 R R R '=。A u1为单管电压增益。 双端输入—单端输出时，差模电压增益为： od1od1L ud1u1W id id1b be 1222((1))2 U U R A A U U R r ββ'≈ === +++ （3-7-5） 式中L C L ||R R R '=。 （2）共模放大倍数A uC 差动放大器的两个输入端同时加上两个大小相等，极性相同的共模信号，即 od od1od2L ud u1W id id1id2 b be (1)2 U U U R A A R U U U R r ββ'-= === -+++
实验五 差动放大器
南昌大学实验报告 实验五 差动放大器 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 下图是差动放大器的基本结构。 它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器R P 用来调节T 1、T 2管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压U O ＝0。R E 为两管共用的发射极电阻， 它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图5-1 差动放大器实验电路 1、静态工作点的估算 典型电路 Ic1=Ic2=1/2IE 恒流源电路 Ic1=Ic2=1/2Ic3 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时， P be B C i O d β)R (121r R βR △U △U A +++- == 单端输出 d i C1d1A 2 1△U △U A ==
d i C2d2A 21 △U △U A -== 当输入共模信号时，若为单端输出，则有 3、 共模抑制比CMRR 为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比 或 三、实验设备与器材 1、函数信号发生器 2、示波器 3、交流毫伏表 4、万用表 5、实验箱 6、差动放大器集成块 四、实验内容 1、 典型差动放大器性能测试 按图5-1连接实验电路，开关K 拨向左边构成典型差动放大器。 1) 测量静态工作点 2) ①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端A 、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压U O ，调节调零电位器R P ，使U O ＝0。 调节要仔细，力求准确。 E C E P be B C i C1C2C12R R )2R R 2 1β)((1r R βR △U △U A A -≈++++-====d c A CMRR A () =d c A CMRR 20Log dB A
差动放大电路实验
差动放大电路实验报告 严宇杰141242069 匡亚明学院 1.实验目的 （1）进一步熟悉差动放大器的工作原理； （2）掌握测量差动放大器的方法。 2.实验仪器 双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。 3.预习内容 （1）差动放大器的工作原理性能。 （2）根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。 4.实验内容 实验电路如图3.1。它是具有恒流源的差动放大电路。在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3 和R e3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。对于共模信号，若 Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。调零电位器 R p用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号V i=0时使双端输出电压V o=0. 差动放大器常被用作前置放大器。前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。于是人们希望只放大差模信号，不放大共模
加法器及差分放大器项目实验报告
加法器及差分放大器项目实验报告 一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)25(21i i O U U U +-=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电 压波形。 C ：输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。 D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，改变正弦波的频率，从1kHz 逐渐增加，步长为 2kHz ，测量该加法器的幅频特性。 2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系：21i i O U U U +=。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压 波形。 （二）、差分放大器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容 2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)(521i i O U U U --=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件
几个常用经典差动放大器应用电路详解资料
几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：
这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。
差动放大电路_实验报告
实验五差动放大电路 (本实验数据与数据处理由果冻提供,仅供参考,请勿传阅.谢谢~) 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 R P用来调节T1、T2管的静态工作点， V i＝0时， V O＝0。R E为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用,可以有效抑制零漂。 差分放大器实验电路图 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、晶体三极管3DG6×3， T1、T2管特性参数一致，或9011×3,电阻器、电容器若干。 四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 开关K拨向左边构成典型差动放大器。 1) 测量静态工作点 ①调节放大器零点
信号源不接入。将放大器输入端A 、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压V O ，调节调零电位器R P ，使V O ＝0。 ②测量静态工作点 再记下下表。 2) 测量差模电压放大倍数(须调节直流电压源Ui1=0.1V ,Ui2=-0.1V) 3) 测量共模电压放大倍数 理论计算：(r be =3K .β=100. Rp=330Ω) 静态工作点: E3 BE EE CC 212 E3 C3R V )V (V R R R I I -++≈≈=1.153mA I c Q =I c 3/2=0.577mA, I b Q =I c /β=0.577/100=5.77ｕA U CEQ =V cc-I c R c+U BEQ =12-0.577*10+0.7=6.93V 双端输出:(注:一般放大倍数A 的下标d 表示差模,下标c 表示共模,注意分辨) P be B C i O d β)R (12 1 r R βR △V △V A +++- ===-33.71 A c 双 =0.
武汉大学差动放大电路实验报告
武汉大学计算机学院教学实验报告 课题名称：电工实验专业：计算机科学与技术2013 年12 月14 日实验名称差动放大电路实验台号实验时数3小时姓名学号年级2013班3班 一、实验目的及实验内容 （本次实验所涉及并要求掌握的知识点；实验内容；必要的原理分析） 一、实验目的 1 、熟悉差动放大器工作原理 2、掌握差动放大器的基本测试方法 实验内容 1.计算下列差动放大器的静态工作点和电压放大 倍数电路图见5.1 信号源已替代 5.1 在图5.1的基础上画出单端输入时和共模输入时的电路图 二、实验环境及实验步骤 （本次实验所使用的器件、仪器设备等的情况；具体的实验步骤） 实验环境： 1.示波器 2.信号发生器 3.数字万用表 4.TPE-A3模拟电路实验箱 3、实验步骤： 1、将电路图5.1接线 2、测量静态工作点 3、测量差模电压放大倍数 4、测量共模电压放大倍数 5、在实验台上组成单端输入的差动电路进行下列实验
三、实验过程与分析 （详细记录实验过程中发生的故障和问题，进行故障分析，说明故障排除的过程和方法。根据具体实验，记录、整理相应的数据表格、绘制曲线、波形图等） 实验内容及数据记录 1、将电路图5.1接线 2、测量静态工作点 ①调零 将放大器输入端V11、V12接地，接通直流电源，调节调零电位器R P，使V O＝0。 ②测量静态工作点：测量V1，V2，V3各极各地电压， 并填入表5.1中。 5.1 对地 电压 Vc1 Vc2 Vc3 Vb1 Vb2 Vb3 Ve1 Ve2 Ve3 测量值 6.29 6.31 -0.74 0 0 - 7.77 -0.61 -0.61 - 8.39 3)测量差模电压放大倍数 在两个输入端各自加入直流电压信号，按有5.2要求测量并记录，由测量得到的数据计算出单端和输出的电压放大倍数。接入到V11t和V12，调节Dc信号源，使其输出为0.1和-0.1. (须调节直流电压源Ui1=0.1V ,Ui2=-0.1V) 4) 测量共模电压放大倍数 将输入端b1和b2 短接，接到信号源的输入端，信号源另一端接地。DC信号先后接OUT1和OUT2 测量有关数据后填入表5.32.，由测量得到的数据计算出单端和双端输出的电压放大倍数，并进一步计算出共模抑制比。 5.2 差模输入共模输入抑制 比测量值计算值测量值计算值计算 值Uc1 Uc2 Uo双Ad1 Ad2 Ad双Uc1 Uc2 Uco双Ac1 Ac2 Ac双CMRR +0.1V 10.08 2.55 7.46 -16. 8616.8 6-33. 71 6.29 6.31 -0.02 0.00 5 0.00 5 0 186.5 -0.1V 6.29 6.31 -0.02 0.00 50.00 5 0 186.5
差动放大器差动放大器
实验报告：学号：2010210979 姓名：葛宝瑞班级：0221002 实验一：CS放大器 一．实验步骤： 打开位于桌面上的快捷方式,点击POWERED ON 之后,弹出此界面在用户名中输入：tang，之后会弹出类似界面，输入密码：123456,点击icfb.sh,选择在终端中运行; 2、选择File>New>Library,新建自己所用library；输入一个英文名,然后点击OK;之后选择Attach to an existing techfile 的选项，点OK,再Technology Library 选项里面选择NCSU_Techlib_tsmc02d这个选项；这样就建好了一个library； 3、选中自己所建的library后,点击File_New,新建自己所需要的cell New File；这里选择建立一个名(不可中文),然后就出现了电路图的设计界面; 4、点击Add ，选择Instance 的界面，点击Browse，选择analogLib（这是一个应用的元器库）在cell框中选择nmos4；同时在view框中选择symbol格式，这时这个四段nmos器件就选择好了，然后我们设置器件model name为mn，宽度（Width）预设为4u;长度为1u，这个器件的初始值变设置好了；以同样的方法选取pmos4；如果需要改变参数,选中器件后,点击快捷键q，就进行更改； 5、选择gnd（地端），Vdd（高电位），用导线将器件链接好；点击pin键，在pin name里面写上端口的名字，是vin，代表输入端口;要注意下面要选择端口类型，选择input;然后同样的方法将输出端口名为vout,端口类型为output；最后vb端其类型也为input； 6、类似于4的方法建立工作电源：选择3个vdc，需要的直流电压源,设置电压源的初值为5v，3.8v,1v;再来设置小信号，我们设置初值为1v就差不多能够满足其饱和的需求。而小信号我们采用的是vsin正弦波信号，其ac magnitude为1v,方便我们比较信号的放大倍数；而amplitu为1mv；频率为10kHZ；之后按照下图所示接好所选元器件，同时设定好参数，这样就连好了电路；同时操作注意：点击Esc,为放弃器件选择，也能代表放弃此次操作；还有COPY对元器件的复制操作，先点击COPY之后选择要复制的元器件，左击，然后放到你要的位置，再次左击放置； 二．参数设定: 已知vdd=3V, 输出摆幅2.7V，电流为10uA. 所以两管消耗的过驱动电压共0.3V，每个管0.15V。设置偏置电压V out=1.5V,pmos的阈值电压为1V，|Vds|>|Vgs-Vth|,所以Vgs<1.15V,我们可以取vb=1.8V,直流工作电流为10uA,可以仿出P管宽长比。
实验八_差分放大器实验报告
差分放大电路 实验报告 姓名：黄宝玲 班级：计科1403 学号：201408010320 实验摘要（关键信息） 实验目的：由于差分放大器是运算放大器的输入级，清楚差分放大电路的工作原理，有助于理解运放的工作原理和方式。通过实验弄清差分放大器的工作方式和参数指标。这些概念有：差模输入和共模输入；差模电压增益Avd和共模电压增益Avc；共模抑制比Kcmr。 实验内容与规划： 1、选用实验箱上差分放大电路；输入信号为Vs=300mV，f=3KHz正弦波。 2、发射极先接有源负载，利用调零电位器使得输出端电压Vo=0。（Vo=Vc1-Vc2） 3、在双端输入和单端输入差模信号情况下，分别测量双端输出的输入输出波形，计算各自的差模放大倍数Avd。 4、在双端输入共模信号情况下，分别测量双端输出的输入输出波形，计算双端输出共模放大倍数Avc。 5、计算共模抑制比Kcm R 。 最好作好记录表格，因为要记录的数据较多。电路中两个三极管都为9013。 实验环境（仪器用品等） 1.仪器：示波器（DPO 2012B 100MHZ 1GS/s） 直流电源（IT6302 0~30V,3Ax2CH/0~5V,3A） 台式万用表（UT805A） 模拟电路实验箱（LTE-AC-03B）。 2、所用功能区：单管、多管、负反馈放大电路。 实验原理和实验电路 1、实验原理： 差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。 概念梳理：
差模和共模是对于差动放大电路的两个输入端而言的。 A ）差模输入：差动放大电路的两管基极输入的信号幅度相等、极性相反，这样的信号称为差模信号，这样的输入称为差模输入。 差模信号Vid ：即差模输入的两个输入信号之差。 B ）共模输入：差动放大电路的两管基极输入的信号幅度相等、极性相同，这样的信号称为共模信号，这样的输入称为共模输入。 共模信号Vic ：即共模输入的两个输入信号的算数平均值。 C ）差模电压增益Avd ：指差动放大电路对差模输入信号的放大倍数。差模电压增益越大，放大电路的性能越好。 = D ）共模电压增益Avc ：指差动放大电路对共模输入信号的放大倍数。共模电压增益越小，放大电路的性能越好。 = E ）共模抑制比Kcmr ：指差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，它表明差动放大电路对共模信号的抑制能力。 =20lg| |（dB ） =| | 2、实验电路： SW1 SW-SPDT Q1 NPN Q2 NPN Q3 NPN R1 510 R2 510 R3 10k R4 10k R5 10k R6 10k R7 10k R8 5.1K R9 68K R10 36K RV1 100 R9(1) R10(2) A B C D AM FM + -
差动放大器实验报告
肇庆学院 实验报告 学生姓名：胡耿升学号： 201324123116 指导老师:麻幼学 实验时间：2015/5/23 小组成员: 苏桢妍实验成绩： 一、实验名称：差动放大器 二、实验目的 1．加深对差动放大器性能及特点的理解。 2．学习差动放大器主要性能指标的测试方法 三、实验原理 图3－1是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器R P用来调节T1、T2管的静态工作点，使得输入信号Ui＝0时，双端输出电压U O＝0。RE为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图3-1 差动放大器实验电路
当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源代替发射极电阻R E ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。 1、 差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻RE 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad 由输出端方式决定，而与输入方式无关。 双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时， p be B c o d R 12 1 r R R -Ui U A ）（ββ+++=??= 单端输出 d i 1C d1A 21 U U A =??= d i 2C d2A 2 1 -U U A =??= 当输入共模信号时，若为单端输出，则有 E C E P be B C 2 C 1 C 2C C1R 2R -R 2R 2 11r R R -U U A A ≈++++=??= =） ）（（ββ 若为双端输出，在理想情况下 0U U A i o C =??= 实际上由于元件不可能完全对称，因此A C 也不会绝对等于零。
差动放大器实验报告_0
差动放大器实验报告 篇一：差动放大器实验报告 东莞理工学院实验报告 系（院）、专业班级：电气自动化（2）班姓名：吴捷学号：202041310202日期：2020.12.28成绩： 篇二：差动放大器实验报告 2.6 差动放大器 2.6.1 实验目的 1．加深对差动放大器性能及特点的理解。 2．学习差动放大器主要性能指标的测试方法 2.6.2 实验原理 1．实验电路 图2-6-1差动放大电路实验电路图 实验电路如图2-6-1所示。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器 用来调节、 管的静态工作点，使得输入信号 。 为两管共用的发射极电阻，它对差 时，双端输出电压 模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有 较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源代替发射极电阻，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。 2．差动放大器主要性能指标（1）静态工作点 典型电路：（认为） 恒流源电路：
（2）差模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻足够大，或采用恒流源电路时，差模电 压放大倍数 由输出端决定，而与输入方式无关。 双端输出时，若 在中心位置 单端输出时 式中出电压。 和分别为输入差模信号时晶体管、集电极的差模输 （3）共模电压放大倍数 双端输出时 不会绝对等于零。 实际上由于元件不可能完全对称，因此 单端输出时 式中压。 （4）共模抑制比 为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大能力和对无用信号（共模信号）的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比 和 为输入共模信号时晶体管、集电极的共模输出电 或 （dB） 2.6.3 实验内容和步骤 1．典型差动放大器性能测试 按图2-6-1连接实验电路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。（1）测量静态工作点 ①调零：将放大器输入端A、B与地短接，接通直流电源，用万用表测量输出
差分放大器设计的实验报告
设计课题 设计一个具有恒流偏置的单端输入-单端输出差分放大器。 学校：延安大学
一： 已知条件 正负电源电压V V V V EE cc 12,12-=-+=+；负载Ω=k R L 20；输入差 模信号mV V id 20=。 二：性能指标要求 差模输入电阻Ω>k R id 10；差模电压增益15≥vd A ；共模抑制 比dB K CMR 50>。 三：方案设计及论证 方案一：
方案二
方案论证： 在放大电路中，任何元件参数的变化，都将产生输出电压的漂移，由温度变化所引起的半导体参数的变化是产生零点漂移的主要原因。采用特性相同的管子使它们产生的温漂相互抵消，故构成差分放大电路。差分放大电路的基本性能是放大差模信号，抑制共模信号好，采用恒流源代替稳流电阻，从而尽可能的提高共模抑制比。 论证方案一：用电阻R6来抑制温漂 ?优点：R6 越大抑制温漂的能力越强； ?缺点：<1>在集成电路中难以制作大电阻； <2> R6的增大也会导致Vee的增大（实际中Vee不
可能随意变化） 论证方案二 优点：（1）引入恒流源来代替R6,理想的恒流源内阻趋于无穷，直流压降不会太高，符合实际情况； （2）电路中恒流源部分增加了两个电位器，其中47R的用来调整电路对称性，10K的用来控制Ic的大小，从而调节静态工作点。 通过分析最终选择方案二。 四：实验工作原理及元器件参数确定 ?静态分析：当输入信号为0时， ?I EQ≈(Vee-U BEQ)/2Re ?I BQ= I EQ /(1+β) ?U CEQ=U CQ-U EQ≈Vcc-I CQ Rc+U BEQ 动态分析 ?已知：R1=R4,R2=R3
实验四差动放大器
实验四差动放大器 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 图6－1是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大 电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器R P 用来 调节T 1、T 2 管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压U O ＝0。R E 为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图6－1 差动放大器实验电路 当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源代替发射极电阻R E ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。 1、静态工作点的估算
典型电路 E BE EE E R U U I -≈ （认为U B1＝U B2≈0） E C2C1I 2 1 I I == 恒流源电路 E3 BE EE CC 2 1 2 E3C3R U )U (U R R R I I -++≈≈ C3C1C1I 2 1 I I == 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A d 由输出端方式决定，而与输入方式无关。 双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时， P be B C i O d β)R (12 1r R βR △U △U A +++- == 单端输出 d i C1d1A 21 △U △U A == d i C2d2A 2 1 △U △U A -== 当输入共模信号时，若为单端输出，则有 若为双端输出，在理想情况下 0△U △U A i O C == 实际上由于元件不可能完全对称，因此A C 也不会绝对等于零。 3、 共模抑制比CMRR E C E P be B C i C1C2C12R R )2R R 2 1β)((1r R βR △U △U A A -≈++++-===
全差分运算放大器设计概要
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1113 57 11 351 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 29 11 29 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：