差分式放大电路
差分式放大电路
差分式放大电路
差分式放大电路一、直接耦合多级放大电路的零点漂移
多级放大电路的耦合方式为了获得足够高的增益或满足输入电阻、输出电阻的特殊要求，实用的放大电路通常由几级基本放大单元级联而成，构成多级放大电路。
各级之间的连接方式称为耦合方式。
常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合三种。
式中gm 为T1、T2 的互导。
输入电阻的计算与BJT 构成的差分放大电路有所差别。
由于场效应管的输入电阻很大，栅极电流可忽略不计。
同时，该电路的栅极有Rg 电阻接地。
所以，差模输入电阻为
Rid»Rg
十、差分放大电路的传输特性
差分式放大电路在小信号线性工作状态下的放大作用。
当信号较大时，输入输出的关系可通过传输特性曲线来描述。
下面以图1 所示电路为例进行讨论。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
差分放大电路：零漂、组成、直流分析
算到输入端的等效输入漂移电压值。
抑制零漂（温漂）的措施
• 引入直流负反馈：Q点的漂移，故引入Re稳定Q点。
• 用热敏元件进行温度补偿：二极管——图2.4.6。
• 采用差分式放大电路：利用特性相同的管子，使它
们 的温漂相互抵消。
1.2 差分式放大电路的组成及其直流分析
放大倍数大为减小。在实际电路中，均满
足Re>RC ，故|Ac(单)|<0.5，即差动放大器
对共模信号不是放大而是抑制。共模负反
馈电阻Re越大，则抑制作用越强。
1.4 差分放大电路对差模信号的放大作用
uI1=uId1，uI2=uId2 ，
而uId1= - uId2
ib1= -ib2 ie1= -ie2 uc1= -uc2
恒流源电路的简化画法及电路调零措施
差动放大器的传输特性
差分放大电路的电压传输特性
本章小结
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（1）零漂——温漂——静漂
（2）差分电路的静态分析
（3）对共模信号的抑制：Re=2Re
理想对称
（4）对差模信号的放大：没Re
（5）共模抑制比KCMR
（6）四种接法时的计算
（7）改进型差分放大电路
输出电压为： uO=Aduid+Acuic
Ac=0时： uO=Aduid
差动放大电路的输出与两个
输入电压的差值成正比，与
输入电压本身的大小无关
例
题
单端输入差放电路的分析
Ui1=Ui Ui2=0
处理方法：按任意信号处理
Uic1=Uic2=(Ui+0)/2= Ui/2
模拟电子技术 6.2 差分式放大电路
vi2 = vid /2
此时，一管电流增加时，另一管电流减少， 输入有差别，放大器才有动作（输出） 且变化量相同，
∴ vo = vo1 － vo2 ≠ 0 ※ ∴称为差动式或差分式放大电路。
*
*
抑制零点漂移的原理 总输出电压
vo = v o vo Avdvid Avcvic
例如 假设 AV1 = -100,
漂移 -10 mV -100μV
漂移 1 V+ 10 mV
AV2 = -100, AV3 = 1 。
若第一级有100μV漂移， 则第一级输出漂移 -10 mV。 若第二级也有-100 μV漂移，
漂移 100 μV
则第二级输出漂移 1V+10 mV。 3.减小零漂的措施：
(2)电压增益
rbe3 26mV 200 (1 3 ) 2.3k I E3
rbe2 200 (1 2 )
26mV 3.78k I E2
Ri2 rbe3 (1 3 ) Re3 245.3k
Avd2
β2 ( Rc2 || Ri2 ) 50 2(rbe Rb1 )
2 Rc
*
Rc
例：电路如下图所示，所有晶体管均为硅管， β均为60，静态 解：（1）T3管的集电极电流 时｜UBEQ｜≈0.7VI 。试求： ＝（U －U ）/ R ＝0.3mA
C3 Z BEQ3 e3
（1）静态时静态时 T1管和T T2管的发射极电流。 管和T 管的发射极电流
1 2
IE1＝IE2＝ IC3/2=0.15mA
双端输出时
vo = v o A vd vid
差分放大电路
2、 动态分析
（1） 差模分析
① 做交流通路
+
+VCC
RC R C
RC
+
T1
v Id 1
RL v Od 1 2
−
−
+
+
RL RL
+
RC R C
v Od −
v Id
v Id 2
− − +
v Od
−
+
v Id 1
v Id 1 T 1
−
+
T 1
T2
REE −VEE
T2
+
Ri
−
T2
RC
RL 2
v Od 2
2
I C 1 = β I B1 = 0.26mA
VCC − VC 1 VC 1 = IC1 + RC RL
VC 1 = 2.82V
I RL V = C 1 = 0.08mA RL
RC 36kΩ RB 2 .7 k Ω RL 36kΩ RP 100Ω RE 27 kΩ
RC 36kΩ
VCC +15V
vo
RC 36kΩ
T1
RL 36kΩ RP 100Ω
T2
RB 2.7kΩ
RE 27kΩ −VEE −15V
解：（1）静态分析： RP ( ) I B 1 RB + VBE 1 + 1 + β I B 1 + 2 RE − 15 = 0
I B1 15 − V BE 1 = 2.6 µA = R P R B + (1 + β ) + 2 RE 2
基本差分放大电路详解
基本差分放大电路详解：
差分放大电路是一种电子电路，通过对两个相同型号的管子的共模输入信号进行放大，实现差分信号的放大。
这种电路广泛应用于各种电子设备和系统中，如通信、测量、计算机等。
差分放大电路由两个完全对称的共射放大电路组成，每个管子的参数完全一样，温度特性也完全相同。
这两个管子的集电极分别接在一起，并通过公共电阻Ree 进行供电。
这样做的目的是使两个管子的工作点相同，从而减小了零点漂移的影响。
差分放大电路的特点包括：
1.抑制零点漂移：由于电路的对称性，差分放大电路可以有效地抑制零点漂移，提高
了电路的稳定性。
2.差模信号放大：差分放大电路主要对差模信号进行放大，这种信号是由两个输入端
输入大小相等、极性相反的信号组成的。
3.抑制共模信号：差分放大电路对共模信号有抑制作用，共模信号是指大小相等、极
性相同的两个信号。
差分放大电路在直接耦合电路和测量电路的输入端中有着广泛的应用。
由于其具有对称性，可以有效地稳定静态工作点，同时具有抑制共模信号的作用。
在实践中，为了获得更好的性能，可以采用适当的负反馈和温度补偿措施。
差分放大电路
（3）共模抑制比KCMR 在双端输出时，共模电压放大倍数，所以
KCMR是一个无穷大的数值，在单端输出时，可以 得到：
KCMR=
1.3 其他接法的差分放大电路
上节中的长尾式差分放 大电EE也要增大，这在集成 电路中不易实现；为了克服 这种困难，可以采用一个电 流源来代替Re。
基极电位为零。
IE＝
≈IC
UCC－（-UEE）＝ICRC+2IERe+UCE
UCE＝
3．抑制零点漂移的原理
静态时，ui1＝ui2＝0，即uid=0，由于电 路完全对称，UC1＝UC2，所以，uo=0，实现 了零输出。
当电源电压波动或者环境温度发生改变 时，两管的集电极电流和集电极电压将同时 发生同样的改变。其效果相当于在两个输入 端加入了共模信号，由于电路的对称性，在 理想的情况下，输出电压仍然保持不变，从 而抑制了零点漂移。
即可以有效的抑制零点漂移，提高共模 抑制比，同时发射极又不要求过高的负电压， 因此在集成电路中广为采用。
模拟 电子 技术 基础
（2）共模信号
双端输出
若输入信号为共模信号，即ui1＝ui2＝uic，称为共 模信号输入，由于两管的电流的变化方向一致，对电 阻Re而言，相当于每个管子发射极上面接了2Re的电 阻，双端输出时，由于电路对称，uo＝uc1－uc2＝0， 电压放大倍数为
单端输出 在单端输出的情况下，电压放大倍数为两个管子
在电路理想的情况下，输出信号电压可以表示为 uo＝AUD（ui1－ui2）＝AUDuid
通常称差模信号是两个输入信号之差，共模信号 是两个输入信号的算术平均值；分别表示为
uid＝ui1－ui2 uic＝（ui1＋ui2）/２
差分放大电路
差分放⼤电路6.1集成电路运算放⼤器中的电流源1．基本电流源 分压式射极偏置电路为基本电流源电路。
当三级管⼯作在放⼤区，由于射极电流仅由两分压电阻决定， 因此当负载发⽣变化（也即集电极电阻发⽣变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特性。
2．有源负载 由于电流源具有直流电阻⼩⽽交流电阻⼤的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使⽤，称为有源负载。
3．电流源的应⽤（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流；（2）作为各放⼤级的有源负载，提⾼电压增益。
6.2差分式放⼤电路主要作⽤：作为多级放⼤电路的输⼊级，抑制零点漂移。
⼀、基本差分放⼤电路电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称。
它有两个输⼊端，两个输出端，当输出信号从任⼀集电极取出，称为单端输出，⽽当从两个集电极之间取出，则称为双端输出或浮动输出。
1．差分式放⼤电路的类型：按输⼊和输出的⽅式分为：双端输⼊双端输出、双端输⼊单端输出、单端输⼊双端输出、单端输⼊单端输出。
2．静态分析 静态是指⽆外输⼊信号时电路所处的状态。
因此，在进⾏静态分析时，应把输⼊信号置零，即输⼊端短路。
共⽤电阻Re在半电路中应等效为2*Re。
3．动态分析（1）差模信号与共模信号 在讨论差分放⼤电路的性能特点时，必须先区分差模信号和共模信号这两个不同的概念，因为差分放⼤电路对差模信号和共模信号具有完全不同的放⼤性能。
⼀对任意数值的输⼊信号可以⽤差模信号和共模信号来表⽰。
通常，可以认为，共模信号是由⼀对幅值相等、极性相同的输⼊信号组成，差模信号是由⼀对幅值相等、极性相反的输⼊信号组成。
（2）垂直对称⽹络的⼆等分 垂直对称⼆端⼝⽹络，当在两输⼊端分别加上幅值相等、极性相同的信号和幅值相等、极性相反的输⼊信号时，其垂直对称线上分别等效为开路和对地短接。
这样，⼀个⼆端⼝⽹络变分解为两个半⽹络。
（3）差模信号输⼊ 将差分放⼤电路分解为两个半电路，在半电路中：双端输⼊：共⽤电阻Re短接或恒流源交流短接；单端输⼊共⽤电阻Re或恒流源开路。
差分放大电路
+Vcc
R3
R4 +15V
15k + Vo - 15k
RL 10k
+ R1 Vi 1k
T1
T2
R2
1k
-
Re 1K
差动放大电路
当两个输入端并接到一起，
且加入共模信号Vic时，
Vc1
Vc2
R1
rbe
Rc
(1
)2Re
Vic
即仍有Vo=Vc1−Vc2=0V，
+Vcc
R3
R4 +15V
15k + Vo - 15k
端信号中不同的部分
差分放大电路——一般结构
1、差模信号和共模信号的概念 ＋
vi1 ＋
＋
+vid/2
差模电压增益
Avd
=
vo vid
＋ vic
－
－
－
vid
-vid/2
＋
－
差放
vo －
vi2
vo ——差模信号产生的输出 差分式放大电路输入输出结构示意图
共模电压增益
Avc
=
vo vic
vo ——共模信号产生的输出
差分放大电路——一般结构
1、差模信号和共模信号的概念
差模信号
vid = vi1 vi2
共模信号
+
+-vid
vi1
+
vi2
--
差放
+-vo
+
+
vo1
vo2 -
-
vic
=
1 2
(vi1
vi2 )
差分式放大电路输入输出结构示意图
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I E6
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
差模电压增益 （负载开路）
ic4ic2vrcoe22vrcoe240
vid(vid)vo2vo20 2rbe 2rbe rce 2rce 4
则
Avd2v void2(rcreb/2e/rce)4
单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益
rbe
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力
接入负载时
1
Avd
=
β(Rc
// 2
rbe
RL)
3. 主要指标计算
（1）差模情况
<B> 双入、单出
Avd1
=
vo1 vid
v o1 2 v i1
1 2
Avd
Rc 2 rbe
接入负载时
Avd
=
β(Rc //RL) 2rbe
3. 主要指标计算 （1）差模情况
<C> 单端输入 ro re
6.2 差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构 6.2.2 射极耦合差分式放大电路 6.2.3 源极耦合差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
1. 用三端器件组成的差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 有关概念
vid=vi1vi2差模信号
vi c=12(vi 1vi 2) 共模信号
AvAvd2Av2195
(3) 差分电路的共模增益
A v c2 rb eR b β 12 ((1 R cβ /2 2)R /2 i(2 R )e 1R e)2 0 .3
共模输入电压 v ic1 2(v i1 v i2 )1 2(5m V 0)2.5mV
v O v O A v 2 2 ( A v d v i 2 d A v c v i 2 ) c A v 2 [ 5 5 ( 0 0 . 3 ) 2 . 5 ] ( 3 . 9 ) 9 m
V C E V C 3 V 3 E 0 3 ( 1 V 2 I E R e 3 ) 3 9 V
IC2IE3ReR3c2VBE30.3m 7 A
VC E212VIC 2Rc2VE2
120.3710(0.7)V
9V
IE2IE2 2IC 20.7m 4 A
Re2
VE
IERe1(12) IE
信号被放大。
2. 抑制零点漂移原理
温度变化和电源电压波 动，都将使集电极电流产 生变化。且变化趋势是相 同的，
其效果相当于在两个输 入端加入了共模信号。
2. 抑制零点漂移原理
这一过程类似于分压式射极 偏置电路的温度稳定过程。所 以，即使电路处于单端输出方 式时，仍有较强的抑制零漂能 力。
iC1
温度
0.700.7.7441012k5.2k
(2)电压增益
rbe 320(0 13)2Im E 63 V 2.3k rbe 220(0 12)2Im E 62 V 3.7k 8
Ri2rbe 3(13)Re 3
24.53k Avd2β22((rR bec2/R/R bi1)2)50
Av2rbβe 3((R 1c 3//3R )L R )e33.9
iC1 iE1 iC2 iE2
vE
vBE1和vBE2
（ vB1、 vB2不 变 ）
iB1
和
iB1
iC2
差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用
3. 主要指标计算
（1）差模情况
<A> 双入、双出
Avd
= vo v id
v o1 1
等效于双端输入
指标计算与双端 输入相同。
3. 主要指标计算
（2）共模情况
<A> 双端输出 共模信号的输入使两管集
电极电压有相同的变化。
所以 vocvoc 1voc 20
共模增益
Avc
voc vic
0
3. 主要指标计算
（2）共模情况
<B> 单端输出
Avc1
v oc1 v ic
v oc2 v ic
Rc
根据 vid=vi1vi2
vi c=12(vi 1vi 2)
有
vi1
=vic
vid 2
vi2
=vic
vid 2
共模信号相当于两个输入
端信号中相同的部分
差模信号相当于两个输入
端信号中不同的部分
两输入端中的共模信号 大小相等，相位相同；差模信 号大小相等，相位相反。
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
不计共模输出电压时 vO97m 5 V
(4) RL12k时 Av2rbβe 3((R 1c 3/β/3 R )L R )e 31.95
A vA v d2A v2 9.5 7
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
静态
IE6 IREF VCCVEEVBE6 RRe6
IO ＝ IE5
RE6 RE5
vo1Avd1vid(1KCvM icvR id)
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
例 T1、T2、T3均 为 硅 管 ，
β1 β2 50，β3 80， 求: 当vi 0时 ，vO 0V。
(1)IC3、IC2、IE、VCE3、VCE2 及Re2的值;
(2)Av Avd2 Av2; (3)当vi 5mV时，vO ? (4)当输出接一个12k负载 时的差模电压增益. 解： (1)静态 IC30(Rc132V)1mA
Avd
=
v o v id
差模电压增益
Avc
=
v o v ic
共模电压增益
其中 vo ——差模信号产生的输出
v o ——共模信号产生的输出
总输出电压
vo =vo vo
Avdvi dAvcvi c
KCMR =
Avd Avc
共模抑制比
反映抑制零漂能力的指标
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 有关概念
Rc
rbe(1)2ro
2 ro
ro Avc1 抑制零漂能力增强
（3）共模抑制比
KCMR
Avd Avc
KCMR20l
gAvd Avc
dB
双端输出，理想情况 KCMR
单端输出
KCMR
A v d1 A v c1
ro rbe
KCMR 越大，抑制零漂能力 越强
单端输出时的总输出电压
（4）频率响应
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
静态
1 IC1=IC2IC2IO
VC E1=VC E2
VCCICRc2V E
V C C IC R c 2( 0 .7 V )
IB 1
IB 2
IC β
1. 电路组成及工作原理
动态 仅输入差模信号，vi1和vi2大小相等，相位相反。 vO 1和vO大2 小相等， 相位相反。 vovO1 vO20，