3.3差分放大电路
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第一节差动放大电路
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
模拟电子技术基础(童诗白 华成英)课后答案第3章
第三章 多级放大电路自 测 题一、判断下列说法是否正确，凡对的在括号内打“√”，否则打“×”。
（1）现测得两个共射放大电路空载时的电压放大倍数均为－100，将它们连成两级放大电路，其电压放大倍数应为10000。
( )（2）阻容耦合多级放大电路各级的Q 点相互独立，( )它只能放大交流信号。
( )（3）直接耦合多级放大电路各级的Q 点相互影响，( )它只能放大直流信号。
( )（4）只有直接耦合放大电路中晶休管的参数才随温度而变化。
( ) （5）互补输出级应采用共集或共漏接法。
( )解：（1）× （2）√ √ （3）√ × （4）× （5）√二、现有基本放大电路：A.共射电路B.共集电路C.共基电路D.共源电路E.共漏电路根据要求选择合适电路组成两级放大电路。
（1）要求输入电阻为1k Ω至2k Ω，电压放大倍数大于3000，第一级应采用 ，第二级应采用 。
（2）要求输入电阻大于10M Ω，电压放大倍数大于300，第一级应采用 ，第二级应采用 。
（3）要求输入电阻为100k Ω～200k Ω，电压放大倍数数值大于100，第一级应采用 ，第二级应采用 。
（4）要求电压放大倍数的数值大于10，输入电阻大于10M Ω，输出电阻小于100Ω，第一级应采用 ，第二级应采用 。
（5）设信号源为内阻很大的电压源，要求将输入电流转换成输出电压，且1000io ＞I U A ui &&&=，输出电阻R o ＜100，第一级应采用 ，第二级应采用 。
解：（1）A ，A （2）D ，A （3）B ，A （4）D ，B （5）C ，B三、选择合适答案填入空内。
（1）直接耦合放大电路存在零点漂移的原因是 。
A .电阻阻值有误差 B .晶体管参数的分散性 C .晶体管参数受温度影响 D .电源电压不稳定 （2）集成放大电路采用直接耦合方式的原因是 。
A .便于设计B .放大交流信号C .不易制作大容量电容（3）选用差分放大电路的原因是 。
电路中的放大器有哪些分类
电路中的放大器有哪些分类在电路中，放大器是一种常见的电子设备，用于增加信号的幅度，从而提供更强的输出。
放大器可以根据其工作原理和设计特点进行分类。
本文将介绍几种常见的电路中的放大器分类。
1. 按照工作原理分类：放大器可以根据其工作原理分为线性放大器和非线性放大器。
1.1 线性放大器：线性放大器是指输出信号的幅度与输入信号的幅度成正比，而且输出信号不会发生失真。
常见的线性放大器有：- 电压放大器（Voltage Amplifier）：将输入电压信号放大，输出为电压信号。
- 电流放大器（Current Amplifier）：将输入电流信号放大，输出为电流信号。
- 功率放大器（Power Amplifier）：将输入信号放大到更高的功率水平。
1.2 非线性放大器：非线性放大器是指输出信号的幅度与输入信号的幅度存在非线性关系，输出信号可能发生失真。
常见的非线性放大器有：- 压控放大器（Voltage-Controlled Amplifier）：输出信号的幅度受控制电压的变化而变化。
- 流控放大器（Current-Controlled Amplifier）：输出信号的幅度受控制电流的变化而变化。
- 反馈放大器（Feedback Amplifier）：通过对输出信号进行反馈控制来实现放大功能。
2. 按照放大器的频率范围分类：放大器也可以根据其工作频率范围进行分类，常见的分类有低频放大器、中频放大器和射频放大器。
2.1 低频放大器：低频放大器主要用于放大低频信号，其频率范围一般在几赫兹（Hz）到几千赫兹（kHz）之间。
2.2 中频放大器：中频放大器广泛应用于无线通信和广播领域，其频率范围通常在几千赫兹（kHz）到几百兆赫兹（MHz）之间。
2.3 射频放大器：射频放大器主要用于无线通信和雷达等应用中，其工作频率范围一般在几百兆赫兹（MHz）到几十吉赫兹（GHz）之间。
3. 按照放大器的类型分类：另外，根据放大器的性质和应用领域，还可以将放大器分为几类，如以下几个例子所示：3.1 差分放大器（Differential Amplifier）：差分放大器是一种常见的放大器电路，具有良好的抗干扰性能和共模抑制能力，常用于模拟信号的放大。
差分电路讲解
差模输出电阻
Rod = 2RC
第 3 章 放大电路基础
已知： 例 3.3.1 已知：β = 80，r′bb = 200 Ω，UBEQ = 0.6 V，试求： ，′ ，试求：
10 kΩ Ω RC u
od
+12V Ω RC10 kΩ
20 kΩ Ω
ui1 V 1
20 kΩ REE Ω
ui2 [解] V2 (1) ICQ1 = ICQ2 ≈ (VEE – UBEQ) / 2REE )
ui2
VEE
+VCC
ICQ1
V1
uo UCQ1 UCQ2 IEQ1 IEQ2 IEE
VEE REE
RC
RC
ICQ2
V2
VEE
直流通路
第 3 章 放大电路基础
二、动态分析
uod uC1 uC2
REE VEE RC
1. 差模输入与差模特性 +VCC 差模输入 ui1 = – ui2 大小相同 极性相反 RC 差模输入电压 uid = ui1 – ui2 = 2ui1 i 使得： 使得：c1 = – ic2 uo1 = – uo2 = uo1 – ( – uo2) = 2uo1
R1
R2
R3
二极管温度补偿
多路电流源
VCC − U BE1 I REF ≈ R + R1 UBE1 ≈ UBE2
I 0 ≈ I REF
R1 R2
R1 I 02 ≈ I REF R2 R1 I 03 ≈ I REF R3
第 3 章 放大电路基础
3. 镜像和微电流源
+VCC R
V1
IREF
V2
R I0
差分放大电路的原理
差分放大电路的原理
差分放大电路是一种常用的电子放大电路，其原理基于信号的差分放大。
差分放大电路由两个相同的电路分支组成，每个电路分支都有一个晶体管及其相关的其他电子元件。
这两个电路分支互为镜像，其中一个电路分支输出信号是输入信号的正相位，而另一个电路分支输出信号则是输入信号的负相位。
差分放大电路的工作原理是利用两个相对反向的信号进行放大。
当输入信号施加到差分放大电路的输入端时，该信号将被分成两个信号，一个信号经过一个电路分支，另一个信号经过另一个电路分支。
在每个电路分支中，信号被放大，并且输出信号的幅值与输入信号的幅值成正比。
差分放大器的特点是具有较强的抗干扰能力，因为它能够将共模干扰信号抵消掉。
共模干扰信号是指同时施加在两个输入端的相同幅值、相同相位的干扰信号。
差分放大电路能够将这种共模干扰信号减小甚至完全抵消掉，只放大差模信号，从而提高了系统的信噪比和精确度。
差分放大电路广泛应用于音频放大器、通信系统、测量仪器等领域。
通过合理设计和优化差分放大电路的参数，可以实现更高的放大倍数、更低的噪声水平和更好的线性度，从而满足不同应用场景的需求。
3.3差分放大电路(一)
差分放大电路
差分放大电路概述 3.3.1 差分放大电路的工作原理 3.3.2 电流源和具有电流源的差分输出方式
差分放大电路概述
ui1 ui2 差分
放大
电路
uo
有两个输入端，对理想差放： uo ui1 – ui2，而与两个输 入信号的实际大小无关。
两个输入端之间的电压，称差模输入电压，用 uid 表示。 uid = ui1 – ui2 加大小相同 、极性相反的输入信号，称差模输入。 ui1 = – ui2 =uid /2 加大小相等 、极性相同的输入信号，称共模输入。 共模输入电压用uid 表示。 ui1 = ui2= uic 差放优点：放大差模信号，而有效抑制共模信号和零漂。
20 k RE
(2) rbe 200 (1 )
A ud
RL 10 // 10 80 52.7 rbe 7.59
26mV 81 26 200 7.59 k I EQ mA 0.285
请注意：RL’=RL/2//RC ≠ RL//RC Ro = 2RC = 20 k
差分放大电路概述
uI1 uI2 差分 放大 电路 uO 有两个输入端，对理想差放： uO uI1 – uI2，而与两个输 入信号的实际大小无关。
放大电路在输入信号为零时，输出信号 偏离原来的初始值而产生缓慢变化的现象称 为零点漂移，简称零漂，也常称温漂。 差放优点：放大差模信号，而有效抑制共模信号和零漂。
比例型电流源
多路电流源
T↑→IO ↑ T↑→UB (=VCC-RB1IV1)↓ → I B ↓ → IO ↓
R1 VCC U BE1 I 0 2 I REF I REF R R1 R2 UBE1 UBE2 R
差分放大电路
12V
解：(1) ICQ1 = ICQ2 (VEE – UBEQ) / 2REE= 0.285 (mA)
UCQ1= UCQ2 = VCC – ICQ1RC = 9.15 (V)
(2)
rbe
200 (1 ) 26
I EQ
200 81 26 7 489 () 0.285
IC1 导致UC1 变化量为UC1
IC2 导致UC2 变化量为UC2
则： UC1 = UC2 U0 = (UCQ1 + UC1 ) - (UCQ2 + UC2 ) = 0
三、 差模信号与共模信号
第3章 放大电路基础
共模信号：数值相等，极性相同的输入信号，即 ui1= ui2= uic 差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即 ui1= -ui2
Aud
u0d uid
u01 u02 ui1 ui2
2u01 2ui1
u01 u02
Aud1
微变等效电路
第3章 放大电路基础
ib1
βib1
ui1
uod1
单边的微变等效电路
ib1
βib1
ui1
第3章 放大电路基础
uod1
Aud1
(RC //
rbe1
RL 2
)
Aud
3.3 差分放大电路
第3章 放大电路基础
3.3.1 差分放大电路的工作原理 3.3.2 电流源与具有电流源差分放大电路 3.3.3 差分放大电路的输入、输出方式
第3章 放大电路基础
差分放大电路
第3章 放大电路基础
3.3.1 差分放大电路的工作原理 一、电路组成及特点:
实验3 差分放大电路设计实验
模拟电路课程设计报告题目：差分放大器设计专业年级：2012级通信工程组员：20121342104 王开鹏20121342105 王娜20121342107 王象指导教师：方振国2014年11月27日差分放大器设计一、实验内容设计一具有恒流源的单端输入一双端输出差动放大器。
VCC =12V，VEE=－12V，R L =20kΩ，Uid=20Mv。
性能指标要求R id>25kΩ，A vd≥25，K CMR>60Db。
二、实验原理图3.3.31、恒流源差分放大器在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进行放大，此时就不能用阻容耦合放大电路了。
为此，若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。
差分式直流放大电路是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。
为了改善差分式直流放大电路的零点漂移，利用了负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发时极回路接入了稳流电阻R E和负电源V EE，R E愈大，稳定性愈好。
但由于负电源不可能用得很低，因而限制了R E阻值的增大。
为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替R E，形成了具有恒流源的差分放大器，电路如图3.3.3所示。
具有恒流源的差分放大器，应用十分广泛。
特别是在模拟集成电路中，常被用作输入级或中间放大级。
图3.3.3中，V1、V2称为差分对管，常采用双三极管，如5G921、BG319或FHIB等，它与信号源内阻R b1、R b2、集电极电阻R Cl、R C2及电位器RP共同组成差动放大器的基本电路。
V3、V4和电阻R e3、R e4、R共同组成恒流源电路，为差分对管的射极提供恒定电流I o。
电路中R1、R2是取值一致而且比较小的电阻，其作用是使在连接不同输入方式时加到电路两边的信号能达到大小相等、极性相反，或大小相等、极性相同，以满足差模信号输入或共模信号输入时的需要。
晶体管V1与V2、V3与V4是分别做在同一块衬底上的两个管子，电路参数应完全对称，调节RP 可调整电路的对称性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例3.3.1 下图中， = 80 ，rbb'= 200 ，UBEQ = 0.6 V，试求：
（1）Q 点；（2）Aud 、 Rid 、 Ro 。
10 k RC uod
+12V RC10 k
20 k
ui1 V1
RC (1 )RP / 2
0.42
100 7.5 6.45 101 0.05
65
Rid 2[rbe (1 )Rp / 2] 23k
Ro = 2RC = 15 k
例3.3.3 下图中， = 100，试求 (1) Q ；(2) Aud，Rid，Ro
解：(1) 求Q 点
I REF
二、静态分析
UEQ= – UBEQ URE = VEE – UBEQ IEE = URE / RE
ICQ1 = ICQ2 IEE/ 2 = (VEE – UBEQ) / 2RE
ICQ1 UCQ1
ICQ2 UEQ
IEE
UCQ1 = UCQ2= VCC – ICQ1RC
uo = UCQ1 – UCQ2 = 0
R3 100
V4 100
R2
VE
6 VE
(2)求 Aud、Rid、Ro 零输入26时，若uo>0，则
r be1 Aud
r
be2
rbe
200应将1触01头 左 移6 4调5零2？
(1
RC
)RP
/
0.42
2
100 7.5 6.45 101 0.05
65
Rid 2[rbe (1 )Rp / 2] 23k
V2 ui2
20 k RE
解：（1）求Q点
ICQ1 = ICQ2 (VEE – UBEQ) / 2RE = (12 – 0.6)V / 2 20 k = 0.285 mA
UCQ1= UCQ2 = VCC – ICQ1RC
12V
=12V – 0.285 10V = 9.15 V
(2)
rbe
200 (1
ui1
ui1
2
ui2
ui1
2
ui2
ui2
ui1
2
ui2
ui1
2
ui2
= uic + uid/ 2 = uic uid/ 2
uic = (ui1+ ui2 ) / 2
uid/2
uo = uod + uoc=Aud uid + Auc uic Aud uid 差模输出电压 共模输出电压
例3.3.2
共模输入电压用uic表示。 ui1 = ui2= uic
理想时 uoc = 0
Auc
uoc uic
0
实际 uoc 0 Auc 0
共模抑制比综合表示放大差模 信号、抑制共模信号的能力。
KCMR
Aud Auc
KCMR (dB)
理想情况下，
20 lg Aud uoc =0A，uc
Auc
=0
K CMR
I C3
I REF
R2 R3
0.84mA
0.84 mA
+VCC
RC 7.5 k
uo
+6 V RC 7.5 k
V1
100 IC3
V2 R1
IREF
V3
6.2 k
R3 100
V4 100
R2
VE
6 VE
IC3
例3.3.3 下图中， = 100，试求 (1) Q ；(2) Aud，Rid，Ro
RL
RL
Aud
RL rbe
Rid、 Ro不变
例3.3.1
下图中， = 80 ，rbb'= 200 ，UBEQ = 0.6 V，试求：
（1）Q 点；（2）Aud 、 Rid 、 Ro 。
10 k RC uod
+12V RC10 k
20 k
ui1 V1
V2 ui2
20 k RE
12V
解：（1）求Q点
ICQ1 = ICQ2 (VEE – UBEQ) / 2RE = (12 – 0.6)V / 2 20 k = 0.285 mA
3.3 差分放大电路
概述 3.3.1 基本差分放大电路 3.3.2 电流源和具有电流源的差分放大电路 3.3.3 差分放大电路的输入、输出方式 3.3.4 差分放大电路的差模传输特性及应用
概述
为何要用 差分放大电路？
具有很强的抑制零漂和共模干扰的能力。
概述：抑制零漂与共模干扰
放大电路在输入信号为零时，输出信号缓慢变化的现象 称为零点漂移，简称零漂，也常称温漂。
2. 电流源电路
（1） 三极管电流源
IC
RL
IC
RB2 RB 1＋RB 2
VCC
RE
UBE
2. 电流源电路
改进
二极管温度补偿电路
IC
RB2 RB 1＋RB 2
VCC
RE
UBE
2. 电流源电路 续
（2）比例型电流源
>>1 两管电流相近
二极管温度补偿电路
比例型电流源
I REF
VCC UBE1 R R1
三、动态分析
（二） 共模输入、共模特性与共模抑制比
共模信号通路
3. 共模
输入与
共模抑
制比
三、动态分析
（二） 共模输入、共模特性与共模抑制比
共模信号通路
3. 共模
输入与
共模抑
制比
ue =2 ie1RE= ie1（2RE）
三、动态分析
（二） 共模输入、共模特性与共模抑制比
共模信号通路
抑制共模信号3和. 共模 零漂的原理 输入与 共模抑 制比
3.3.2电流源与具有电流源的差分放大电路
电流源动态电阻很大、输出电流稳定、压降可以较小。 代替共模电阻RE 可有效提高共模抑制能力。
一、电流源与有源负载
１. 电流源的应用
采用有源负载 可大大提高电 压放大倍数。
提供稳定的静态电流；作有源负载。
Au左
RC
RB rbe
Au右
(rce
RB
// r0 ) rbe
差模输入电阻 Rid
Aud = 2rbe
uod uid
2uo1 2ui1
Au1
RC rbe
差模输出电阻 Ro = 2RC
三、动态分析
（一）差模输入与差模特性 续
画出差模信号通路
求差模特性
差模电压放大倍数
差模输入电阻 Rid
Aud = 2rbe
uod uid
2uo1 2ui1
Au1
RC rbe
I C3
I REF
R2 R3
0.84mA
0.84 mA
ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0 =0.42mA
UCQ1 = UCQ2 = 6V – 0.42 7.5V = 2.85 V
uod
ui2 = ui1
(2)求 Aud、Rid、Ro
26
r be1 r
Aud
be2
rbe
200 101 6 452
(2)求 Aud、Rid、Ro
例3.3.3 下图中， = 100，试求 (1) Q ；(2) Aud，Rid，Ro
解：(1) 求Q 点
I REF
VEE UBE4 R1 R2
6 0.7 mA 6.2 0.1
I C3
I REF
R2 R3
0.84mA
0.84 mA
ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0 =0.42mA
RE很强的电流负反馈作用抑 制共模信号传递，电路结构的对 称性又使双端输出时的共模输出 电压相互抵消，因此 uoc很小，通 常可近似为零。
零漂可等效为共模信号，被 有效抑制。
增大RE可抑制共模信号而不 影响差模信号，提高KCMR 。
三、动态分析
（三）任意输入信号时的分析 任意输入信号可分解为共模信号和差模信号之和
)
26mV IEQmA
200
81 26 0.285
7.59 k
A ud
RL rbe
80
RC
//
RL 2
52.7
7.59
Rid = 2rbe = 2 7.59 k = 15.2 k
Ro = 2RC = 20 k
三、动态分析
（二） 共模输入、共模特性与共模抑制比
加大小相等 、极性相同的输入信号，称为共模输入。
uo
+6 V RC 7.5 k
ui1 V1
100 IC3
V2
ui2
R1
IREF
V3
6.2 k
R3 100
V4 100
R2
VE
6 VE
例3.3.3 下图中， = 100，试求 (1) Q ；(2) Aud，Rid，Ro
解：(1) 求Q 点
I REF
VEE UBE4 R1 R2
6 0.7 mA 6.2 0.1
uO UCQ
t
概述：抑制零漂与共模干扰
放大电路在输入信号为零时，输出信号缓慢变化的现象 称为零点漂移，简称零漂，也常称温漂。
零漂的危害。 减小零漂的主要措施：采用差分放大电路、电流源偏置电路、
温度补偿、负反馈等。 共模干扰及其抑制。
3.3.1 基本差分放大电路
一、电路组成
结构特点： 电路结构和元件参数对称； 双端输入、双端输出； 双电源供电。
解：(1) 求Q 点
I REF