差动放大器
实验五 差动放大器
一、实验目的
1．加深理解差动放大器的特点。
2. 学会测量差动放大器差模电压增益、共模电压增益的方法。
3．掌握提高差动放大器共模抑制比的方法。
4．学会使用示波器观察和比较两个电压信号的相位关系。
二、实验内容
1．发射极接恒流源时，电路为双端输入条件下的差模电压增益ud A ，共模电压增益uc A ，并计算共模抑制比CMR K 的值；
2. 观察差模输出电压od1u 与od2u 之间的相位关系；
3. 观察温漂现象。
三、实验说明
差动放大器的特点是静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，它唯独对输入信号的差（差模信号）做出响应，这些特点在电子设备中应用很广。集成运算放大器几乎都采用差动放大器作为输入级。这种对称的电压放大器有两个输入端和两个输出端，电路使用正、负对称的电源。根据电路的结构可分为：双端输入双端输出，双端输入单端输出，单端输入双端输出及单端输入单端输出四种接法。凡双端输出，差模电压增益与单管共发放大器相同；而单端输出时，差模电压增益为双端输出的一半，另外，若电路参数完全对称，则双端输出时的共模放大倍数uc A =0，其实测的共模抑制比CMR K 将是一个较大的数值，CMR K 愈大，说明电路抑制共模信号的能力愈强。
四、预习要求
1．复习差动放大器的原理。
2．计算四种接法的差动放大器的各项技术指标。
五、实验电路
六、实验内容及步骤
1．在实验仪面包板上组装电路，组装时注意对称性。
2．电路经检查无误后，接通±12V 电源。
3．测量静态工作点
（1）调零：
将i u =0，即将输入与地短接，调节W ，使o u =0。
（2）按下表的内容，将测试数据填入表4-16中：
表 4-16表
4．动态测量
（1）测量双端输入双端输出的差模电压放大倍数d A ，用示波器观察o u 、o1u 、o2u 的波形，并比较o1u 、o2u 的相位，并将所测数据填入表4-17中：
表 4-17
（2）测量单端输入单端输出的差模电压放大倍数d A ，测试条件同上，将测试数据填入自拟的表格里。
（注：单端输入时，将其中一个输入端与地短接。）
5．共模抑制比CMR K 的测量
（1） 将两输入端短接为一端，输入共模信号：i u =40mV ，f =1kHz 的正弦波，按下表中内容测量。
（注：先分别测出o1u 和o2u ，然后利用2o o1o u u u -= 算出 o u 。）
表 4-18
（2）用示波器观察输出波形 o1u 、o2u ，并比较相位。（若观察波形时，幅度不够大，可适当增大 i u ）。
七、注意事项
1．组装电路时要排列整齐，注意对称性，以便检查。
2．因 DA-16 型毫伏表的地线与机壳相接，只能分别对地测出o1u 、o2u ，对差模信号而言，2o o1o u u u +=；对共模信号而言，2o o1o u u u -=。
八、思考题
1．调零时，应该用万用表还是毫伏表来指示放大器的输出电压？为什么？
2．差动放大器为什么具有高的共模抑制比？
九、实验仪器及元器件
示波器；
信号发生器；
毫伏表；
万用表；
模拟电路实验仪；
三级管：3DG6×2；
电阻：1.1k 、510Ω、240k 、10k 各2；27k×1（或22k×1）。
十、对实验报告的要求
1. 认真整理和合处理实验数据，并列出表格或画出曲线。
2. 对实验结果进行理论分析，找出产生误差的原因，提出较少实验误差的措施。
3. 详细记录组装、调试和测试过程中发生的故障和问题，进行故障分析和说明故障排除的过程及方法。
4. 认真写出对本次实验的心得体会及意见，以及改进实验的建设。
差分-运放-运算放大器
差分接法:差分放大电路（图3.8a.4）的输入信号是从集成运放的反相和同相输入端引入，如果反馈电阻RF等于输入端电阻R1 ，输出电压为同相输入电压减反相输入电压，这种电路也称作减法电路。 图3.8a.4 差分放大电路 差分放大器 如图所示，通过采用两个输入，该差分放大器产生的输出等于U1和U2之差乘以增益系数
运算放大器的单电源供电方法 大部分运算放大器要求双电源(正负电源)供电，只有少部分运算放大器可以在单电源供电状态下工作，如LM358(双运放)、LM324(四运放)、CA3140(单运放)等。需要说明的是，单电源供电的运算放大器不仅可以在单电源条件下工作，也可在双电源供电状态下工作。例如，LM324可以在、+5～+12V单电源供电状态下工作，也可以在+5～±12V双电源供电状态下工作。 在一些交流信号放大电路中，也可以采用电源偏置电路，将静态直流输出电压降为电源电压的一半，采用单电源工作，但输入和输出信号都需要加交流耦合电容，利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示，其运放输出波形如图1(b)所示。 该电路的增益Avf＝－RF／R1。R2＝R3时，静态直流电压Vo(DC)＝1／2Vcc。耦合电容Cl和C2的值由所需的低频响应和电路的输入阻抗(对于C1)或负载(对于C2)来确定。Cl及C2可由下式来确定：C1＝1000／2πfoRl(μF)；C2＝1000／2πfoRL(μF)，式中，fo是所要求最低输入频率。若R1、RL单位用kΩ，fO用Hz，则求得的C1、C2单位为μF。一般来说，R2＝R3≈2RF。 图2是一种单电源加法运算放大器。该电路输出电压Vo＝一RF(V1／Rl十V2／R2十V3／R3)，若R1＝R2＝R3＝RF，则Vo＝一(V1十V2十V3)。需要说明的是,采用单电源供电是要付出一定代价的。它是个甲类放大器，在无信号输入时，损耗较大。
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。
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计
目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12)
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端
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
3 简单差动放大器的仿真实验
国家集成电路人才培养基地 培训资料(3) 简单差动放大器实验 2006-X-XX
西安交通大学国家集成电路人才培养基地 简单差动放大器实验 本实验包括对简单差动放大器进行DC扫描、AC分析，并学习根据输出波形确定相位裕度、输入输出共模范围、共模增益、共模抑制比（CMRR）以及电源抑制比（PSRR）。 1. 启动cadence 启动电脑，进入solaris9系统，打开终端Teminal，输入cds.setup后按回车，再输入icfb&按回车，candence启动成功。在自己的Library中新建一个cellview，命名为amp。 2. 电路图输入 按下图输入简单差动放大器电路图，其中的元件参数我们在下一步中设置，图中用到的元件（vdc, pmos4,nmos4,vdd,gnd,cap）都在analogLib库中能找到。 图2.1 简单差动放大器电路图 第1页，共14页
简单差动放大器实验 3. 计算、设置元件参数 根据放大倍数，功耗，输出摆幅等要求确定各个mos管的宽长比（W/L）和栅压。由于我们实验时间有限，请同学们直接按下面的步骤设置好元件值（选中元件后按q键调出如下的元件属性设置框）： M0，M1，M2：于Model name 栏输入n18，于Width栏输入4u，于Lenth栏输入700n，最后点击ok。 图3.1 M0、M1、M2管的参数设置 M3，M4：于Model name 栏输入p18，于Width栏输入10u，于Lenth栏输入3u，最后点击ok。 图3.2 M3、M4管参数设置 第2页，共14页
西安交通大学国家集成电路人才培养基地 第3页，共14页 直流电压源V0，V1的值分别设为1.8，0.6。设置完毕后点击工具栏上的进行保存。 4. 仿真 4.1 DC 扫描及输入输出共模范围 在菜单栏依次选择Tools →Analog Environment ，弹出如图4.1所示的Simulation 窗口： 点击Setup →Model Libraries 在弹出的对话框中设好Model Library 。点击 Browse …按钮，选择/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib ，在Section(opt.)中填入tt ，点Add ，再点ok 退出。 图4.1 Simulation 窗口 图4.2 添加Model Library
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
全差分运算放大器设计
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 11 1357 113 51 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 2 9112 9 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 ：
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 图是差动放大器的结 构。它由两个元件参数相 近的基本共射放大电路组 成。 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 具有恒流源的差动放大器 图2-3是差动放大器的结构。它由两个元件参数相近的基本共射放大电路组成。 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 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。晶体管 T 3 与电阻3E R 共同组成镜象恒流源电路 , 为差动放大器提供恒定电流E I 。用晶体管恒流源代替发射极电阻 E R ，可以进一步提高差动 放大器抑制共模信号的能 力。 1、差动电路的输入输 出方式 根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式,即 : (l) 双端输入 -双端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 、2o V 两端。 (2) 双端输入 -单端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 或2o V 到地。 (3) 单端输入一双端输出，将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 、2o V 两端。 (4) 单端输入 -单端输出 将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 或2o V 到地。
全差分套筒式运算放大器设计
全差分套筒式运算放大器设计 1、设计内容 本设计基于经典的全差分套筒式结构设计了一个高增益运算放大器，采用镜像电流源作为偏置。为了获得更大的输出摆幅及差模增益，电路采用了共模反馈及二级放大电路。 本设计所用到的器件均采用SMIC 0.18μm的工艺库。 2、设计要求及工艺参数 本设计要实现的各项指标和相关的工艺参数如表1和表2所示：
3、放大器设计 3.1 全差分套筒式放大器拓扑结构与实际电路 图1 全差分套筒式放大器拓扑结构 图2 最终电路图
3.2 设计过程 在图1中，Mb1和M9组成的恒流源为差放提供恒流源偏置，且M1，M2完全一样，即两管子所有参数均相同。Mb2、M7和M8构成了镜像电流源，M5、M6和M7、M8构成了共源共栅电流源，M1、M2、M3、M4构成了共源共栅结构，可以显著提高输出阻抗，提高放大倍数（把M3的输出阻抗提高至原来的（gm3 + gmb3）ro2倍。但同时降低了输出电压摆幅。为了提高摆幅，控制增益，在套筒式差分放大器输出端增加二级放大。 本设计中功率上限为10mW，可以给一级放大电路分配3mA的电流。设计要求摆幅为3V，所以图1中M1、M3、M5、M9的过驱动电压之和不大于1.8-3/2=0.3V。我们可以平均分配每个管子的过驱动电压。根据漏电计算流公式(1)（考虑沟道长度调制效应），可以计算出每个管子的宽长比。 I D=1 2μn C ox W L (V GS?V TH)2(1+λV DS)(1) 其中，C ox等于ε/t ox，μn和t ox可以从工艺库中查找。 4、仿真结果 经过调试优化之后的仿真结果如以下各图所示： 图3 增益及相位裕度 从图中可以看出，本设计的低频增益达到了74.25dB，达到了预期要求。3dB 带宽为35kHz左右，比较小，可见设计还有改进的余地。 当CL为2pF时，相位裕度： PM=180°+∠βH(ω)=180°?125.5°=54.5° 电源电压为1.8V时，输出摆幅如下图所示，达到了3V。
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'-= === -+++
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。
差分运放运算放大器
图3.8a.4 差分放大电路 差分放大器 如图所示，通过采用两个输入，该差分放大器产生的输出等于U1和U2之差乘以增益系数 运算放大器的单电源供电方法 大部分运算放大器要求双电源(正负电源)供电，只有少部分运算放大器可以在单电源供电状态下工作，如LM358(双运放)、LM324(四运放)、CA3140(单运放)等。需要说明的是，单电源供电的运算放大器不仅可以在单电源条件下工作，也可在双电源供电状态下工作。例如，LM324可以在、+5～+12V单电源供电状态下工作，也可以在+5～±12V双电源供电状态下工作。 在一些交流信号放大电路中，也可以采用电源偏置电路，将静态直流输出电压降为电源电压的一半，采用单电源工作，但输入和输出信号都需要加交流耦合电容，利用单电源供电的反相放大器如图1(a)所示，其运放输出波形如图1(b)所示。 该电路的增益Avf＝－RF／R1。R2＝R3时，静态直流电压Vo(DC)＝1／2Vcc。耦合电容Cl和C2的值由所需的低频响应和电路的输入阻抗(对于C1)或负载(对于C2)来确定。Cl及C2可由下式来确定：C1＝1000／2πfoRl(μF)；C2＝1000／2πfoRL(μF)，式中，fo是所要求最低输入频率。若R1、RL单位用kΩ，fO用Hz，则求得的C1、C2单位为μF。一般来说，R2＝R3≈2RF。 图2是一种单电源加法运算放大器。该电路输出电压Vo＝一RF(V1／Rl十V2／R2十V3／R3)，若R1＝R2＝R3＝RF，则Vo＝一(V1十V2十V3)。需要说明的是,采用单电源供电是要付出一定代价的。它是个甲类放大器，在无信号输入时，损耗较大。 思考题(1)图3是一种增益为10、输入阻抗为10kΩ、低频响应近似为30Hz、驱动负载为1kΩ的单电源反相放大器电路。该电路的不失真输入电压的峰—峰值是多少呢?(提示：一般运算放大器的典型输入、输
全差分运算放大器设计
全差分运算放大器设计 岳生生（0126） 一、设计指标 以上华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：(VDD=5V) 差分输入摆幅：>±4V 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，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于。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。 性能指标分析 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 1 1 1 3 5 7 1 1 3 5 1 3 5 7 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 =-=-=- +P 第二级增益9 2 2 9 11 2 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=-+P 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 == ≥++ 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 ： 1）、输入级： max 1max |2| Cc out DS C C d SR dt I v I C C = = = 单位增益带宽1m u C g C ω= ，可以得到 1m C u g C ω =
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
差动放大电路与集成运算放大器 习题
第三章差动放大电路与集成运算放大器 3．1 选择填空 1．使用差动放大电路的目的是为了提高（）。 A输入电阻B电压放大倍数C抑制零点漂移能力D电流放大倍数 2．差动放大器抑制零点漂移的效果取决于（）。 A两个晶体管的静态工作点B两个晶体管的对称程度 C各个晶体管的零点漂移D两个晶体管的放大倍数 3．差模输入信号是两个输入信号的（），共模输入信号是两个输入信号的（）。 A 和 B 差 C 比值 D 平均值 4．电路的差模放大倍数越大表示（），共模抑制比越大表示（）。 A有用信号的放大倍数越大B共模信号的放大倍数越大 C抑制共模信号和温漂的能力越强 5．差动放大电路的作用是（）。 A放大差模B放大共模C抑制共模D抑制共模，又放大差模 6．差动放大电路由双端输入变为单端输入，差模电压增益是（）。 A增加一倍B为双端输入的1/2 C不变D不定 7．差动放大电路中当U I1=300mV，U I2=-200mV，分解为共模输入信号U IC=（）mV，差模输入信号U ID=（）mV。 A500 B100 C250 D50 8．在相同条件下，阻容耦合放大电路的零点漂移（）。 A比直接耦合电路大B比直接耦合电路小C与直接耦合电路相同 9．差动放大电路由双端输出改为单端输出，共模抑制比K CMRR减小的原因是（）。 A A UD不变，A UC增大 B A UD减小，A UC不变 C A UD减小，A UC增大 D A UD增大，A UC减小 3．2简答题 1．直接耦合放大电路能放大交流信号吗？直接耦合放大电路和阻容耦合放大电路各有什么优缺点？ 2．什么叫零点漂移？产生零点漂移的主要原因是什么？如何抑制零点漂移？在阻容耦合放大电路中是否存在零点漂移？ 3．有甲已二个直接耦合放大电路，甲电路的Au=100，乙电路的Au=50。当外界温度变化了20℃时，甲电路的输出电压漂移了10V，乙电路的输出电压漂移了6V，向哪个电路的温度漂移参数小？其数值是多少？ 4．解释下列术语的含义：差模信号，共模信号，差模电压放大倍数，共模电压放大倍数，共模抑制比。 5．差动式放大电路为什么能抑制零点漂移？单端输出和双端输出时，它们抑制零点漂移的原理是否一样？为什么？ 6．共模抑制比是如何定义的？为什么说共模抑制比越大电路抗共模干扰能力就越强？7．长尾电路中的公共射极电阻Re，它对差模信号和共模信号各有什么影响？用恒流源取代Re有什么好处？ 8．集成运算放大器的内部电路一般由哪几个主要部分组成？各部分的作用是什么？ 3．3双端输出的差动式放大电路如图3.１所示，已知Rc1= Rc2=3KΩ，Re=5.1KΩ，每个三极管的U BE=0.7V，β=50，r be=2kΩ,Rs1=Rs2=02.KΩ
全差分运算放大器设计说明
全差分运算放大器设计 岳生生（6） 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 11135711 3 5 1 3 5 7 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 =-=-=- +P 第二级增益 9 2 291129 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- +P 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 ：
半导体器件(二极管三极管场效应管差动放大电路集成运放)解读
半导体基本知识和 半导体器件（二极管、三极管、场效应管、集成运放） 一、选择题： 1、PN结外加正向电压时，其空间电荷区（）。 A.不变 B.变宽 C.变窄 D.无法确定 2、PN结外反正向电压时，其空间电荷区（）。 A.不变 B.变宽 C.变窄 D.无法确定 3、当环境温度升高时，二极管的反向饱和电流I s将增大，是因为此时PN结内部的（） A. 多数载流子浓度增大 B.少数载流子浓度增大 C.多数载流子浓度减小 D.少数载流子浓度减小 4、PN结反向向偏置时，其内电场被（）。 A.削弱 B.增强 C.不变 D.不确定 5、在绝对零度（0K）和没有外界激发时，本征半导体中( ) 载流子。 A.有 B.没有 C.少数 D.多数 6、集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以（）。 A．减小温漂B. 增大放大倍数 C. 提高输入电阻 D. 减小输出电阻 7、以下所列器件中，（）器件不是工作在反偏状态的。 A、光电二极管 B、发光二极管 C、变容二极管 D、稳压管 8、当晶体管工作在放大区时，（）。 A. 发射结和集电结均反偏 B.发射结正偏，集电结反偏 C.发射结和集电结均正偏 D.发射结反偏，集电结正偏 9、稳压二极管稳压时，其工作在( )， A．正向导通区B．反向截止区C．反向击穿区 D.不确定 10、抑制温漂（零漂）最常用的方法是采用（）电路。 A.差放 B.正弦 C.数字 D.功率放大 11、在某放大电路中，测得三极管三个电极的静态电位分别为0 V，-10 V，-9.3 V，则这只三极管是（）。 A．NPN 型硅管B.NPN 型锗管Array C.PNP 型硅管 D.PNP 型锗管 12、某场效应管的转移特性如右图所示，该管为（）。 A．P沟道增强型MOS管 B.P沟道结型场效应管 C.N沟道增强型MOS管 D.N沟道耗尽型MOS管 13、通用型集成运放的输入级采用差动放大电路，这是因为它的（）。 A．输入电阻高 B.输出电阻低 C.共模抑制比大 D.电压放大倍数大 14、如右图所示复合管，已知V1的β1 = 30，V2的β2 = 50，则复合后的β约为（）。
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.