差动放大电路
第13讲--差动放大电路课件
+ T1 RC1 uBE1
－ iE1
RS2 －
+ uod －
+
+
uo1
uo2
－
－
RE iE
iC2
iB2 T2
RC2
+
uBE2 －
iE2
❖ 由三极管e极电流与e极电压指数关系，电流方程：
iC1
iE1＝I ES
exp( u BE1 UT
)
iE iE1 iE2 iC1 iC2
iC 2
iE2＝I ES
2024/10/10
电子电路基础
第十三讲 差动放大电路 （1）
1
主要内容
7.1 基本电路及特征分析 7.2 双端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.3 单端输入、双端输出差动放大电路旳特征 7.4 单端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.5 有源偏置差动放大电路
2
零点漂移
❖ 放大电路无输入时，还有缓慢变化旳电压 输出旳现象为零点漂移
(2)先求rbe,再用前述公式
rbe
rbb
UT ICQ
134 100 26 1.1
2.5(k)
ASD
RC1 //( RL / 2)
RS1 rbe1
100 5 // 5 71
1 2.5
VCC
iC1
iC2
RC1
RL
RC2
Ri 2(RS1 rbe1)
2 (1 2.5) 7(k)
❖ 增大发射极电阻RE旳阻值，线性范围增大
uo1, uo2
uo2
uodm
uo1
RE 小
RE 大
uid
0
电压传输特性
第二节差动式放大电路
共摸信号：是指两个幅度相等、极性相同的双端输入信号。
差摸、共摸混合信号：是指两个极性相同（或不同）、幅度 不等的信号加在差分放大电路的输入端，则相当于一组差模 信号迭加在共模信号上，共同加在差分放大电路的输入端。
差模信号
共模信号
（一）工作原理：
各元件相同：即T1，T2管对称
第六章 集成运算放大器
第二节 差动式放大电路 (Differential Amplifier)
一、基本差动放大电路
电路组成
特点： a.两只完全相同的管子； b.两个输入端，
两个输出端； c.元件参数对称；
差分放大电路一般有两个输入端：反相输入端和同相输入端， 如图所示。在输入端ui1输入极性为正的信号，输出信号极性 与其相反，称该输入端为反相输入端。在输入端ui2 输入极 性为正的信号，而输出信号极性与其相同，称该输入端为同 相输入端。极性的判断以图中确定的正方向为准。
分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配， 尽可能保证阻值对称性精度满足要求。
结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大
电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点 漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。
2。差模输入方式
Ui1=Uid，Ui2=Uid
差模输入信号为Ui1 － Ui2=2 Uid
若Ui1的瞬时极性与参考 极性一致，则Ui2的瞬时 极性与参考极性相反。则
有：
ui1↑→ib1 ↑ →ic1 ↑ →uc1↓
ui2 ↓ →ib2 ↓ →ic2 ↓ →uc2 ↑
差模输入方式
输出电压uO= uC1 － uC2≠0，而是出现 了信号，记为Uod。
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。
差动放大电路
uic = (ui1+ ui2 ) / 2
ui1 = 1.01 = 1.00 + 0.01 (V) ui2 = 0.99 = 1.00 – 0.01 (V) = 1.01 – 0.99 = 0.02 (V) u = u + 1 u
i1 = ic + 2 id
3 差动放大电路的计算
RC RC
uo ui1
例1
RC
(1)求差模输入电压 uid 、共模输入电压 uic ) +VCC (2) 若 Aud = – 50、 Auc = – 0.05 ) 、
RC
uo 求输出电压 uo，及 KCMR 1.01 V uC2 0.99 V uC1 [解](1) 可将任意输入信号分解为 ui2 ) ui1 V V2 1 共模信号和差模信号之和 共模信号 差模信号 R
(1)求静态工作点； )求静态工作点； +V RC +6CC V 7.5 k ui2 V2 IREF
Hale Waihona Puke K CMRAud = Auc
实际中还常用对数的形式表示共模抑制比， 实际中还常用对数的形式表示共模抑制比，即 常用对数的形式表示共模抑制比
Aud K CMR (dB ) = 20 lg Auc
值越大， 若Auc＝0，则KCMR→∞，这是理想情况。这个值越大，表 ， ，这是理想情况。这个值越大 示电路对共模信号的抑制能力越好 抑制能力越好。 示电路对共模信号的抑制能力越好。一般差动放大电路的 KCMR约为 约为60dB，较好的可达 ，较好的可达120dB。 。
EE
VEE
uid = u i1 – u i2
= 1 (V) ui2 = uic 1 uid 2 uod = Auduid = – 50 × 0.02 = – 1 (V) (2) ) uoc = Aucuic = – 0.05 × 1 = – 0.05 (V) uo = Auduid + Aucuic = –1.05 (V) 50 Aud = 20 lg K CMR (dB ) = 20 lg = 60 (dB) 0.05 Auc
差动放大电路(
§5、1差动放大电路(第三页)这一页我们来学习另一种差动放大电路和差动放大电路的四种接法一：恒流源差动放大电路我们知道长尾式差动电路，由于接入Re，提高了共模信号的抑制能力，且Re越大，抑制能力越强，但Re增大，使得Re上的直流压降增大，要使管子能正常工作，必须提高UEE的值，这样做是很不划算的。
因此我们用恒流源代替Re，它的电路图如右图所示：恒流源差动放大电路的指标运算，与长尾式完全一样，只需用ro3代替Re即可二：差动放大电路的四种接法差动放大电路有两个输入端和两个输出端，因此信号的输入、输出方式有四种情况。
（1）双端输入、双端输出它的电路的接法如图（1）所示：差模电压的放大倍数为：共模电压的放大倍数为：共模抑制比为：CMRR→∞(2)双端输入、单端输出它的电路接法如图(2)所示:差模电压的放大倍数为:共模电压的放大倍数为:共模抑制比为:(3)单端输入、双端输出它的电路接法如图（3）所示：这种放大电路忽略共模信号的放大作用时，它就等效为双端输入的情况。
双端输入的结论均适用单端输入、双端输出。
(4)单端输入、双端输出它的电路的接法如图（4）所示：它等效于双端输入、单端输出。
这种接法的特点是：它比单管基本放大电路的抑制零漂的能力强，还可根据不同的输出端，得到同相或反相关系。
三：总结由以上我们可以看出：差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模电压放大倍数与单管基本的放大电路相同；如为单端输出，它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半，输入电阻都相同。
下一节返回§5、2集成运算放大器集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路一：集成运放的组成它有四部分组成：1、偏置电路；2、输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路3、中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。
4、输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路二：集成运放的性能指标（扼要介绍）1、开环差模电压放大倍数 Aod它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。
差动放大电路与功率放大电路
差动放大电路与功率放大电路1. 差动放大电路简介差动放大电路是一种常见的放大电路，常用于信号放大和差分信号的增强。
差动放大电路通常由两个输入端口和一个输出端口组成，在输入端口上接入两个相同但相位相反的信号，通过放大电路增强这两个信号，并输出差分信号。
差动放大电路具有以下几个特点：•具有很高的共模抑制比。
因为在差动放大电路中，共模信号会被差动放大器进行抑制，只有差分信号能够被放大。
这使得差动放大电路在抵抗噪声和干扰方面有很好的表现。
•具有高增益。
差动放大电路能够对输入信号进行放大，从而增加信号的幅度。
这对于需要放大信号的应用非常重要。
2. 差动放大电路的结构和原理差动放大电路可以由多种电子元件实现，其中最常见的是使用差动放大器。
差动放大器一般由两个晶体管、两个电阻和一个负反馈网络组成。
其基本结构如下：差动放大电路结构示意图：差动放大电路的工作原理如下：•两个输入端口分别接入相同但相位相反的信号，这样可以在两个输入端口形成差分信号。
差分信号可以通过晶体管进行放大。
•信号经过晶体管放大后，输出端口将输出放大后的差分信号。
在差动放大电路中，负反馈网络起到了平衡差分信号、提升共模抑制比以及调整放大倍数的作用。
负反馈网络一般由电阻和电容组成，并与晶体管的集电极或基极相连。
3. 功率放大电路简介功率放大电路是一种专门用于放大低功率信号至高功率信号的电路。
功率放大电路常用于音频放大、射频放大等应用中。
与差动放大电路不同，功率放大电路主要注重放大高功率信号，并且在电路设计上对功率放大的稳定性和效率有更高的要求。
4. 功率放大电路的结构和原理功率放大电路也可以由多种电子元件实现，常见的有晶体管功率放大电路和集成功率放大电路。
其中晶体管功率放大电路是最常见的一种，它根据不同的输入信号形式可以分为A、B、AB、C类等不同类型。
晶体管功率放大电路的基本结构如下：晶体管功率放大电路结构示意图：晶体管功率放大电路的工作原理如下：•输入信号经过预放大电路进行初步放大，然后输入到功放电路中。
音频功放电路的分析与制作—差动放大电路
零输入零输出
若V与UC的变
化一样，则输 出电压就没有
漂移
信号特点？能 否放大？
5
差动放大电路
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一、典型差动放大电路
1.电路特征
（1）电路理想对称
u
R
C
O
B1
VT1 RP
R
C
VT2
12
5. 主要特点
R
u
R
C
O
B1
VT1 RP
R
C
VT2
u
i1
R-UE EE
+UCC R
B1
u i2
差动放大电路放大差模信号，抑制差模信号， 两输入端中一个为同相输入端（输出与输入同相位），
一个为反相输入端（输出与输入反相位） 。
13
6. 工作方式
双入双出：Ad大；AC 0；KCMRR ∞ 双入单出：Ad约为双出的一半；；AC 小，KCMRR 大
uod ( uc1 ) ( uc2 ) 2uc1 11
4. 主要性能指标
（1）差模电压放大倍数:
Ad
u od ud
大！
（2）共模电压放大倍数:
Ac
u oc uc
0！
两边完全对称
（3）共模抑制比:
K CMRR
=
Ad Ac
！
（Common - Mode Rejection Ratio)
差放放大的是两输入端的差：uo=Aud（ui1-ui2）
ui1 = -ui2= ud
（2）共模输入:( common mode)
差动放大器电路图-差动放大电路工作原理分析解读
差动放大器电路图-差动放大电路工作原理分析
差动放大器
差动放大电路工作原理
基本差动放大电路：下图为差动放大器的两种典型电路。
其中左图为射极偏置，右图为电流源偏置。
差动放大（a）射极偏置差放（b）电流源偏置差放
差动放大电路有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。
双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。
双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。
因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。
上面两个差动放大器电路均为双端输入双端输出方式。
差动放大电路的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。
当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。
此时，外输入信号称为差模输入信号，以vId表示，且有：
当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以vIC表示，且：
当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc两部分组成，其中
根据上述，可得到下图的统一的简化差动放大电路。
其中，IEE为差动对管公共射极支路的静态电流，Rem表示公共射极于地之间的动态
差动放大电路简化电路。
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直接耦合
RB1
Rs ＋
Us －
RC1
RC2
V1
V2
VZ
＋EC ＋ Uo －
为了避免电容对缓慢信号带来的不良影响，去掉耦合电容， 将前级输出直接连到下一级，我们称之为直接耦合。 直接耦合的缺点：适用传送缓慢变化的信号。 直接耦合的缺点：前后级Q点相互影响。零点漂移。
8
变压器耦合
RB11
RB12 T1
第三章 集成运算放大电路
电子技术 模拟电路部分
差动放大器
1
主要内容
§1 概述 §2 差动放大电路的基本形式 §3 射极耦合差动放大电路 §4 具有恒流源差动放大电路
2
集成运算放大电路概述
集成电路：是一种将“管”和“路”紧密结合的器 件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造 工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电 容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制 作在一起，使之具有特定的功能。
6
阻容耦合
Rs
＋ Us
－
C1 ＋
RB11
RC1 C2 V1
Ui
RB21
RE1
－
RB12 RB22
RC2 V2 C3 RE2
＋EC ＋
RL Uo
－
阻容耦合的优点：由于前后级是通过电容相连的，所以各级 的静态工作点是相互独立的，不互相影响，这给放大电路的 分析、设计和调试带来了很大的方便。
阻容耦合的缺点：不适用传送缓慢变化的信号。更不能传送 直流信号；另外，大容量的电容在集成电路中难以制造，所 以，阻容耦合在线性集成电路中无法采用。
13
二、 抑制零漂的原理
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：
uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
14
三、差模电压放 大倍数Aud
差模输入电压：Uid＝Ui1－Ui2
差模输入信号： ui1 =- ui2 =1/2*Uid （大小相等，极性相反） 因ui1 = -ui2， uo1 =-uo2
5
在实践中，通常采用多级放大电路对信号进行放大
Rs
＋ Us
－
C1 ＋
RB11
RC1 C2 V1
Ui
RB21
RE1
－
RB12 RB22
RC2 V2 C3 RE2
＋EC ＋
RL Uo
－
RB11
RB12 T1
＋EC T2
RL
V1
V2
RB21 RE1
CE1
RB22
CB RE2
CE2
多级放大电路各级间的连接方式（耦合 方式）有三种：阻容耦合，直接耦合，变 压器耦合
理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0
但因两侧不完全对称， uo 0
共模电压放大倍数： AuC uo uiC （很小，<1)
16
五. 任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共 模分量。
差模分量:
uid
ui1 ui2 2
共模分量:
uic
三、因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同，增加 元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电 路形式，以达到提高各方面性能的目的。
四、因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用 有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。
五、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差 异，所以在集成运放中常采用复合形式，以得到各方面性能 俱佳的效果。
＋EC T2
RL
RB21
V1
RE1
CE1
RB22
V2 CB RE2
CE2
通过变压器，把初级的交流信号传送到次级。而直流电压和 电流通不过变压器。变压器耦合主要用于功率放大电路。 优点：实现交流的传送而直流不能通过。而且可变换电压和 实现阻抗匹配。 缺点：体积大、重量大、频率特性差。
9
2.差动放大电路的基本形式
4
集成运放的组成及其各部分的作用
u+id
输入级
中间级 偏置电路
输出级
uo
输入级：输入电阻高、静态电流小、共模抑制比高，常 采用差动放大电路。 中间级：采用有源负载的共发射极电路，增益大。 偏置电路：为各级设置合适的静态工作点，镜像电流源， 微电流源。 输出级：线性范围宽、输出电阻小（即带负载能力强）、 非线性失真小等。常用互补共集放大电路构成。
集成运算放大电路：最初用于各种模拟信号的运算 （如比例、求和、求差、积分、微分等）上，故 被称为集成运算放大电路，简称集成运放。
3
集成运放的电路结构特点
一、因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦 合方式。
二、因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰 等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种差分 放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有源负 载）。
直接耦合电路的特殊问题
R1 RC1
R2 T1
ui
RC2
+UCC
T2 uo RE2
问题 1 :前后级Q点相互影响。
增加R2 、RE2 : 用于设置合适的Q点。
10
R1 RC1
R2 T1
ui
+UCC RC2
T2 uo RE2
有时会将 信号淹没
uo
t 0
问题 2 :零点漂移。
前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得 当 ui 等于零时， uo不等于零。
11
2. 基本差动放大电路
一、结构
特点：结构对称。 12
共模信号 与差模信号
vi1 vi2
线性放 大电路
vo
v 共模信号输入电压： ic
1 2 (vi1
vi2 )
差模信号输入电压： vid (vi1 vi2 )
差模信号：是指在两个输入端加幅度相等， 极性相反的信号。
共模信号 ：是指在两个输入端加幅度相等， 极性相同的信号。
uo= uo1 - uo2= 2uo1
差模电压放大倍数：
AC
uo ui1 ui2
uo 2ui1
(很大，>1)
Aud
Uo U id
Au单 (Ui1 Ui2 ) Ui1 Ui2
Au单
RL'
Rs rbe
15
四、 共模电压放大倍数AuC
共模输入信号： ui1 = ui2 = uiC （大小相等，极性相同）
ui1
ui2 2
注意：ui1 = uiC + uid ；ui2 = uiC - uid
例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV 则：uid = 5mV , uic = 15基本差动放大电路靠电路的对称性，在电路的两管集电极c1、 c2间输出，将温度的影响抵消，这种输出我们称为双端输出。而实 际电路中每一个管子并没有任何措施消除零漂，所以，基本差动电 路存在如下问题。 ①由于电路难于绝对对称，所以输出仍然存在零漂。 ②由于每一个管子没有采取消除零漂的措施，所以当温度变化范围 十分大时，有可能差动放大管进入截止或饱和，使放大电路失去放 大能力。 ③在实际工作中，常常需要对地输出，即从c1或c2对地输出(单端输 出)，而这时的零漂与单管放大电路一样，仍然十分严重。 对此，我们提出射极耦合差动放大电路。