差分放大电路的四种接法
双端输入单端输出差分放大电路的等效电路
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差分运放
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梦兰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。
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。
单电源差分运放
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梦兰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。
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
高教版《模拟电子技术基础(第五版)课程讲义复习要点第4章教案3(4.3.3-4.3.4)
iE1 I
iE2
VT3
E I
RE
RB2
－VEE
思考：恒流源的恒定电流I如何求取？对差模输入信号， E点电位=？分析电路时，调零电位器RP如何处理？
讨论一
若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？ uIc=？
uId uI1 uI2
uIc
uI1
2
uI2
uId=5mV ， uIc=7.5mV
⑤共模抑制比
注意：只要是单出电 路，不管输入方式如 何，如果有共模输入 信号，Ac的分析方法
KCMR
Ad Ac
Rb rbe 2(1 )Re
2 Rb rbe
完全相同。 总结四种
Re
Ac
KCMR
性能越好 电路特点
4.3.4 改进型差分放大电路
一、 问题的提出
如何提高共模抑
若电路参数理想对称，则对于双出电路
2 Rb rbe
②输入电阻
Ri=2(Rb+rbe)
③输出电阻
Ro=Rc
④共模放大倍数
因为双入电路无共模输入信号， 所以一般不必求Ac。
双端输入单端输出问题讨论：
Ad
1 2
(Rc∥RL ) Rb rbe
Ri 2(Rb rbe )，Ro Rc
（1）T2的Rc可以短路吗？ （2）什么情况下Ad为“＋”？ （3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？
制比？
Ac=0，KCMR=∞
对于单出电路
Ac
uOc uIc
Rb
(Rc // RL ) rbe 2(1 )Re
若Re=∞，则 Ac=0， KCMR=∞
调零电位器 实现0入0出
二、 恒流源差分放大电路的实现
差分放大电路资料讲课教案
+ RL/2
uod
ui1 rbe2 βIb
Rc1
RL/2
-
Rb2 (e) 交流等效电路
uod2ic1(Rc//R2l) uId2 iB 1(R brb)e
Ad
=uo ui
(Rc//12RL)
Rb rbe
两只管子的电压放大能力相当于单管放大电路，差分放大 电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂移的 效果．
从C1 和C2输出称为双端输出，仅从集电极 C1或C2 对地 输出称为单端输出。
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；
1 双端输入，单端输出电路
Hale Waihona Puke Rc1+VCC Rc2
单端输出：负载电阻一端接 T1集电极，另一端接地。
uI1uI2uIc
iB 1 iB2 iC 1 iC2 u C 1 u C2
u O u C u 1 C ( 2 u C Q u C ) 1 ( 1 u C Q u C ) 2 2 0 共模放大 Ac倍 uuO I数 cc，参数理想 Ac对 0 称时
2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用
电阻Ｒe不影响差模电压放大倍数！
Ri 2(R brbe)
Ro 2Rc
差分放大电路
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR
共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号 的能力和抑制共模信号的能力。
KCMR
Ad Ac
在 参 数 理 想 对 称 下 的 ， KCM 情R况 。
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免 干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。
差分放大电路资料
差模输出 共模输出
静态时的值
3. 任意信号的输入
输入信号既不是共模也不是差模信号：要把输
入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们 共同作用在差动电路的输入端。
ui1=uic+uid
ui2=uic-uid
uic
ui1 ui2 2
uid
ui1 ui2 2
输入信号分解为差模和共模信号
例：已知输入信号 ui1=20 mv , ui2=10 mv，求共模 信号uic和差模信号uid.
电阻Ｒe不影响差模电压放大倍数！
Ri 2(Rb rbe )
Ro 2Rc
差分放大电路
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR
共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号 的能力和抑制共模信号的能力。
K CMR
Ad Ac
在参数理想对称的情况下，KCMR 。
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免 干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。
由于IBQ ，Rb较小，其上的 电压降可忽略不计。
ui1 Rb1
-UBEQ
IBQ 2IEQ Re
-VEE
Rb2 ui2
I BQ1 I BQ2 I BQ ICQ1 ICQ2 ICQ I EQ1 I EQ2 I EQ U CQ1 U CQ2 U CQ
I EQ
VEE
U BEQ 2Re
+ RL/2
uod
ui1 rbe2 βIb
Rc1
RL/2
-
Rb2 (e) 交流等效电路
uod
2ic1(Rc
//
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差分放大电路的四种接法
交流分析：
在差模信号作用时，负载电阻仅取得T1管集电
极电位的变化量，所以与双端输出电路相比，其
差模放大倍数的数值减小。
如右下图所示为差模信号的等效电路。在差
模信号作用时，由于T1管与T2管中电流大小
相等方向相反，所以发射极相当于接地。
输出电压
一半。如果输入差模信号极性不变，而输出
信号取自T2管的集电极，则输出与输入同相。
当输入共模信号时，由于两边电路的输入信号大
小相等极性相同。与输出电压相关的T1管一边
电路对共模信号的等效电路如下
可见，单端输入电路与双端输入电路的区别
在于：差模信号输入的同时，伴随着共模信号输
入。
输出电压
静态工作点以及动态参数的分析完全与双端输
入、双端输出相同。
3.单端输入、单端输出电路
如右图所示为单端输入、单端输出电路，该电路
对静态工作点、差模增益、共模增益、输入与输
出电阻的分析与单端输出电路相同。对输入信号
的作用分析与单端输入电路相同。
改进型差分放大电路
在差分放大电路中，增大发射极电阻Re的阻
值，可提高共模抑制比。但集成电路中不易制作
大阻值电阻；采用大电阻Re要采用高的稳压电
源，不合适。如设晶体管发射极静态电流为
0.5mA，则Re中电流为1mA。当Re为10k
Ω时，电源VEE的值为10.7V。在同样的静态
工作电流下，若Re＝100kΩ，VEE的值约为
100V。
为了既能采用较低的电源电压，又能采用很大的
等效电阻Re，可采用恒流源电路来取代Re。
晶体管工作在放大区时，其集电极电流几乎仅决
定于基极电流而与管压降无关，当基极电流是一
个不变的直流电流时，集电极电流就是一个恒定
电流。因此，利用工作点稳定电路来取代Re，
就得如右上图所示电路。
恒流源电路在不高的电源电压下既为差分放
大电路设置了合适的静态工作电流，又大大增强
了共模负反馈作用，使电路具有更强的抑制共模
信号的能力。
如右上图所示恒流源电路可用一恒流源取
代。在实际电路中，常用一阻值很小的电位器加
在两只管子发射极之间，见下图中的Rw。
调零电位器Rw：调节电位器的滑动端位置
便可使电路在uI1＝uI2＝0时，uO＝0，Rw
称为调零电位器。
为了获得高输入电阻的差分放大电路，可用场效
应管取代晶体管，如右上图所示。这种电路特别
适于做直接耦合多级放大电路的输入级。通常情
况下可以认为其输入电阻为无穷大。其应用和晶
体管差分放大电路相同。