7.3基本差动放大电路及其特征
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
差动放大电路
课堂导入
新课教学
动手实践
课堂小结
课堂导入
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动手实践
课堂小结
知识回顾
之前的学习中，我们认识了单管共射放大电路放大电路 具有放大电压的功能 当温度或者电源电压发生波动时，单管共射放大电路
的放大倍数会有一定的影响。
课堂导入
新课教学
动手实践
课堂小结
电路组成
同学们仔细观察一下，
差动放大电动手实践
课堂小结
结果分析
实际差动放大电路的 共模放大倍数接近于0.
当外界的干扰信号同时从两管基极输入时，就相当
于共模信号输入，再加上温度变化造成的影响也可以理
解为输入共模信号。由于差动放大电路本身的特性，共 模放大倍数约为0.不能对共模信号放大，所以能有效抑 制共模信号的干扰。
课堂导入
有什么特点？
1. 有一个直流输入和两个交 流输入。输出电压为两个三 极管输出电压的差。
2.由两个完全对称的单管共射
放大电路组成。V1，V2的特 性相同，各个对应的电阻阻 值也相同。
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电路原理
如图所示，两管输入信号
Ui1=Ui2=Uic，它们大小相等，极
性相同，称为共模信号。这种
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通过本堂课的学习，你需要学会：
1.熟悉基本差动放大电路的电路组成及其结构特点。
2.理解基本差动放大电路共模抑制的功能。
谢谢！
输入方式称为共模输入。 由于两边电路完全对称，
所以Uo1=Uo2,因此
Uoc= Uo1-Uo2=0 共模放大倍数： Uuc=Uoc/Uic=0/Uic=0
差动放大电路的特点
差动放大电路的特点
一、差动放大电路的特点
差动放大电路是一种特殊的电路，它和简单放大电路截然不同，具有其独特的特点：
1、对输入的信号特性不敏感。
差动放大电路可以有效地屏蔽外部干扰信号，并且不受输入信号的幅度和频率变化的影响，只要输入的信号可以被正确检测，即可实现足够的增益放大，即使是微弱的信号也可以被放大，具有较好的信号特性。
2、可以实现较高的增益和准确的电平检测。
差动放大电路可以实现较高的增益，使得输出信号的幅度随输入信号的增大而大幅度增大，同时还能够精确的检测输入信号的电平，这样可以有效地排除外部干扰信号。
3、无负反馈，提高系统的稳定性。
差动放大电路不存在负反馈，可以提高电路系统的稳定性，极大减少了由于负反馈造成的电路不稳定性，而且可以保证外部环境的稳定性。
4、体积小，发射功率低，运行稳定性高。
差动放大电路体积小，发射功率低，运行稳定性高，可以大大降低芯片的耗能，同时减少电路板的占用空间，提高其稳定性和效率。
五、结论
从上面的描述可以看出，差动放大电路对输入信号的特性不敏感，
可以实现较高的增益和准确的电平检测，无负反馈，体积小，发射功率低，运行稳定性高，是一种非常有用的电路。
差分放大电路介绍
输出电阻：分析差分放大电路的输出电阻，包括差分输出电阻和共模输出电阻。
3
增益：分析差分放大电路的增益，包括差分增益和共模增益。
4
差分放大电路的动态分析
01
差分放大电路的输入输出关系
03
差分放大电路的稳定性分析
02
差分放大电路的频率响应
04
差分放大电路的噪声分析
3
差分放大电路的设计与优化
差分放大电路的设计原则
电源保护：通过差分放大电路实现电源的过压、欠压、过流等保护功能
电源转换：通过差分放大电路实现电源的转换，如DC-DC、AC-DC等
电流检测：通过差分放大电路检测电流，实现电源的稳定输出
差分放大电路在其他领域的应用
01
医疗设备：用于心电图、脑电图等生物信号的放大和处理
03
工业控制：用于传感器信号的放大和处理，实现精确控制
差分放大电路的优化方法
提高共模抑制比：通过调整电路参数，提高差分放大电路对共模信号的抑制能力。
01
02
03
04
降低噪声：通过优化电路布局和元器件选择，降低电路噪声，提高信号信噪比。
提高带宽：通过调整电路参数，提高差分放大电路的带宽，以满足高速信号处理的需求。
降低功耗：通过优化电路设计，降低差分放大电路的功耗，提高电路的能效比。
02
放大级：差分放大电路的核心部分，负责将输入信号进行放大
03
反馈网络：差分放大电路的反馈部分，用于稳定电路的增益和频率响应
04
输出级：差分放大电路的输出端，通常输出放大后的信号
差分放大电路的静态分析
静态工作点：确定差分放大电路的静态工作点，包括输入电压、输出电压、电流等参数。
差动放大电路原理介绍
从电路结构上说，差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路组成。
由于电路具有许多突出优点，因而成为集成运算放大器的基本组成单元。
一、差动放大电路的工作原理最简单的差动放大电路如图7-4所示，它由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。
在该电路中，晶体管T1、T2型号一样、特性相同，RB1为输入回路限流电阻，RB2为基极偏流电阻，RC为集电极负载电阻。
输入信号电压由两管的基极输入，输出电压从两管的集电极之间提取(也称双端输出)，由于电路的对称性，图7-4 最简单的差动放大电路C2，即。
由以上分析可知，在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。
抑制零点漂移是差动放大电路最突出的优点。
但必须注意，在这种最简单的差动放大电路中，每个管子的漂移仍然存在。
2．动态分析差动放大电路的信号输入有共模输入、差模输入、比较输入三种类型，输出方式有单端输出、双端输出两种。
(1)共模输入。
在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，即，这种输入方式称为共模输入。
大小相等、极性相同的信号为共模信号。
很显然，由于电路的对称性，在共模输入信号的作用下，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。
说明差动放大电路对共模信号无放大作用。
共模信号的电压放大倍数为零。
(2)差模输入。
在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压，即ui1= -ui2 ,这种输入方式称为差模输入。
大小相等、极性相反的信号，为差模信号。
，导致集电极电位下降T2管的集电极电流减小，导致集电极电位升高(，由于 = ，若其输出电压为uo = Au(ui1- ui2).ui1 - ui2的差值为正，说明炉温低于1 000 ℃，此时uo为负值；反之，uo为正值。
我们就可利用输出电压的正负去控制给炉子降温或升温。
差动放大电路是依靠电路的对称性和采用双端输出方式，用双倍的元件换取有效抑制零漂的能力。
差动放大电路
差动放大电路有两个输入端：若信号从两个输入端加入，称为双端输入；若信 号仅从一个输入端加入，则称为单端输入。
差动放大电路有两个输出端：集电极C1 和 C2。若信号从C1 和 C2 同时输出， 则称为双端输出；若信号仅从集电极 C1 或C2 对地输出，则称为单端输出。
按照信号的输入输出方式，差动放大电路有四种接法。 除了前面介绍的双端输入/双端输出方式外，差动放大电路还有另外三种接 线方式，即双端输入/单端输出、单端输入/双端输出和单端输入/单端输出。 在四种不同的输入输出方式中，双端输入/双端输出方式为浮地形式的输入 输出方式。在要求对地输入的场合，就只能采用单端对地的输入方式；而要求 对地输出时，则只能采用单端对地输出的方式。 单端输出电路的差模电压放大倍数为双端输出电路的一半，即
1）对称性：理想情况下，电路左右两 部分完全对称，RB1 RB2 RB ，RC1 RC2 RC， 而且 管子与 管子的特性完全相
同，1 2 ，rbe1 rbe2 rbe。 2）长尾特点：由于电路采用双电源供
电， RE上所需的电压由负电源 VEE 提供， 就像拖着一个长长的尾巴，因此把这种电 路称为“长尾式差动放大电路”。
uoc是在 uic作用下的输出电压。根据定义有
Ac
uoc uic
差动放大电路加共模信号
由于差动放大电路是对称的，在共模信号作用下，两管集电极电位的变化 相同，即 uc1 uc2 ，因此，双端共模输出电压为
uoc uc1 uc2 0
即 Ac 0 。但是，由于实际上两半电路不可能做到完全对称，所以电路仍可能 有微弱的共模输出信号。一般情况下，| Ac|<<1。
直接耦合放大电路的零点漂移
引起零点漂移的原因很多，如温度变化、直流电源波动、元器件老化等。 其中，温度变化影响最大，故零点漂移常被称为温度漂移，简称温漂。温度变 化引起各级工作点变化，尽管这种变化是缓慢的，但由于是直接耦合，因此漂 移会被逐级放大，尤其是第一级，其漂移影响最大。在输出级，漂移信号（虚 假信号）与有用信号相混合，使有效信号的辨识更加困难。
什么是差动放大电路？
什么是差动放⼤电路？
1、基本差分放⼤电路
(1) 基本结构
差分放⼤电路是由对称的两个基本放⼤电路，通过射极公共电阻耦合构成的，如图1所⽰。
对称的含义是两个三极管的特性⼀致，电路参数对应相等，具有相同的静态⼯作点。
图1差动放⼤原理电路
(2) 电路抑制零点漂移
当环境温度变化引起两管集电极电流都发⽣变化时，两管集电极电位亦随之改变，使每管的输出都产⽣了零点漂移。
由于电路的对称性，两者的漂移是同向的，即同时增⼤或同时减⼩，且增量也相等，因此，在输出端将互相抵消⽽被完全抑制，使输出u0维持原值⽽为零。
(3)三类输⼊信号——共模、差模、任意输⼊
共模输⼊信号是指在两个输⼊端加上幅度相等，极性相同的信号，即ui1=ui2，uo=0;
差模输⼊信号是指在两个输⼊端加上幅度相等，极性相反的信号，即ui1=-ui2,uo=ΔVc1-ΔVc2
差分放⼤电路仅对差模信号具有放⼤能⼒，对共模信号不予放⼤。
任意输⼊信号是指在两个输⼊端加⼊任意⼤⼩和极性的输⼊信号。
任意输⼊信号可以分解为⼀对共模信号和⼀对差模信号的组合。
差放电路的主要技术指标：电压放⼤倍数和共模抑制⽐。
双端输出时，差模电压放⼤倍数与单管放⼤时相等，单端输出则为单管放⼤的⼆分之⼀;双端输出时，共模电压放⼤倍数，理想情况系下为零，单端输出时，共模电压放⼤倍数很⼩。
基本差动放大电路
共模输入（干扰信号）
ui ui1 ui 2 0
I IC 2 差动放大电路对差模信号有放大作用， u0 UCE 1 UCE 2 0 UCE 1 UCE 2
C1
对共模信号有抑制作用。 0
AC
共模、差模同时输入
u id uid1 uid2 2 u id ui1 uic 2
(将反馈信号变为电流信号,与 输入电流Ii相减)
电压 Uo
四种连接方式:
(1)电流串联负反馈
(3)电流并联负反馈
(2)电压串联负反馈
(4)电压并联负反馈
二）、负反馈的类型及分析方法
负反馈的类型
电流串联负反馈 电压串联负反馈 负 反 馈 交流负反 馈 电流并联负反馈
电压并联负反馈
直流负反 作用：稳定静态工作点 馈
（2）负反馈：引入的反馈信号Xf削 弱了外加输入信号的作用，使放大电路 的净输入信号减小，导致放大电路的放 大倍数减小的反馈。 一般放大电路中经常引入负反馈， 以改善放大电路的性能指标。
2.判定方法
常用电压瞬时极性法判定电路中 引入反馈的极性，具体方法如下。 （ 1 ）先假定放大电路的输入信号 电压处于某一瞬时极性。如用“＋”号 表示该点电压的变化是增大；用“-”号 表示电压的变化是减小。
(2) 射极跟随器(电压串联负反馈)
+EC RB C1 C2
ui
ube
RE
u RL
f
u
o
ui = ube + uf
ube = ui - uf
其中uf = uo
符合公式：X d X i X f
性能： （1）放大倍数 1
（2）输入电阻大
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7.3 基本差动放大电路及其特征
基本差动放大电路及其特征 （1）基本差放的组成 由两个参数对称的共射放大电路对接构成，有两个 （2）差模和共模输入信号 差模输入信号 共模输入信号 当用差模和共模电压表示输入电压时 输入端 输出端
基本差动放大电路及其特征 （3）基本差放电路的特征 有共模信号输出
只有差模信号输出 共模电压放大倍数 差模电压放大倍数 漂移信号或干扰信号 相当于单管共射放大倍数
பைடு நூலகம்
共模抑制比
基本差动放大电路及其特征 （4）单端输入方式的特点
表明单端输入和双端输入对于差模信号而言，两者的工作状态是一致的。