差分放大电路的四种接法
双端输出的差分式放大电路
模拟集成电路
2017年4月
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§7-1 模拟集成电路的电流源 §7-2 差分式放大电路 §7-3 集成电路运算放大器 §7-4 集成电路运算放大器的主要参数 §7-5 放大电路中的噪声与干扰
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集成电路
在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器
件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路， 称为集成电路。 模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放 大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模 数和数模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其 他模拟集成电路等。 模拟集成电路一般是由一块厚约0.2-0.25mm的P型 硅片制成，称为基片。基片上可以做出包含有数十 个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。
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UCC Rr Ir T5 T1 T2 T3 T4 IC2 IC3 IC4
多路镜像电流源
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微电流源
在T2的射极电路接入电阻Re2，当
基准电流IREF一定时， IC2为：
VBE 1 VBE 2 VBE I E 2 Re 2 VBE IC 2 I E 2 Re 2
利用两管基-射极电压差VBE可以控 制输出电流IC2 。由于VBE的数值小, 故用阻值不大的Re2即可获得微小的 工作电流，称为微电流源。 当电源电压VCC发生变化时， IREF以及VBE也将发生 变化。由于Re2为数千欧，使VBE2 <<VBE1，以致T2的 VBE2值很小而工作在输入特性的弯曲部分，则IC2的变 化远小于IREF的变化。
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基本差分式放大电路
一个基本差分式放大电路由两
个特性相同的BJT T1、T2组成 对称电路，电路参数也对称， 即Rc1=Rc2=Rc等。 有两个电源+VCC和-VEE。 两管的发射极连接在一起并接 恒流源I0，恒流源的交流电阻 r0很大，在理想情况下为无穷 大。 如果电路有两个输入端和两个 输出端，称双端输入、双端输 出电路。
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。
模拟电子技术基础02-19-03 差分放大电路的四种接法_88
2 (RBrbe)
双端输入 单端输出
1 (Rc / / RL )
2 RB rbe
2 (RBrbe)
单端输入 双端输出
(R / / RL )
C
2
RB rbe
2 (RBrbe)
Ro
2 Rc
Rc
2 Rc
K★CM输R 入电 ★双端输
阻较∞单很管高放大
电
路大；RE较高 是单r端be 输出的2倍
。
∞
很高
双端输入 单端输出
1 (Rc / /RL)
2 RB rbe
单端输入 双端输出
(RC / / RL )
2
RB rbe
单端输入 单端输出
1 (Rc / / RL)
2 RB rbe
Ri★d 差模放大2倍(R数B 只rbe与) 输出方2式(R有B
2 (RBrbe)
2 (RBrbe)
关Rrbe★；o )双端输出时2，RcAd 与单管 Au 基R本c 相同；
差分放大电路的四种接法
差分放大电路的四种接法
RB + ui1 –
RC +
– RC
uo1 uo2
T1
T2
RE –VEE
+VCC 四种工作方式：
RB
+ ui2 –
双端输入双端输出（双入双出） 双端输入单端输出（双入单出） 单端输入双端输出（单入双出） 单端输入单端输出（单入单出）
差分放大电路的四种接法
（1）静态分析
+VCC
RB + ui1 –RCຫໍສະໝຸດ +RL uo
T1
–
RE
RC T2
–VEE
四种差分放大电路的放大倍数
四种差分放大电路的放大倍数
1.常模差分放大器：常模差分放大器是一种最基本的差分放大电路，在大多数放大器中都会使用。
它的放大倍数为：Av = gm * Rl，其中gm是管子的跨导，Rl是输出负载电阻。
2. 交流耦合差分放大器：它是一种常模差分放大器的改进，通过加入交流耦合电容，可以使得信号只在交流方向上流过放大器，而直流方向上则被隔离。
它的放大倍数为：Av = gm * Rc / 2，其中gm是管子的跨导，Rc是输入电阻。
3. 管子互阻差分放大器：管子互阻差分放大器是一种双管差分放大器，它的放大倍数比单管差分放大器要高。
它的放大倍数为：Av = gm * Rl / 2，其中gm是管子的跨导，Rl是输出负载电阻。
4. 负反馈差分放大器：负反馈差分放大器是一种将输出信号通过反馈电路送回到输入端实现稳定放大的差分放大器。
它的放大倍数可以通过反馈电路的设计来控制。
- 1 -。
模电第13讲 差分放大电路
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 的共模负反馈作用： 如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓ ℃ 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
3. 放大差模信号
差模信号：数值相等， 差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号， 的输入信号，即
' RL = Rc ∥ RL ≈ 6.67kΩ ,
V
I CQ1 = I CQ2 = I CQ ≈ I EQ ≈
' CC
RL = ⋅ VCC = 5V Rc + RL
V EE − U BEQ = 0 . 265 mA 2 Re
' ' U CQ1 = V CC − I CQ R L ≈ 3 . 23 V
差模放大倍数
∆uOd
RL = −∆iC ⋅ 2( Rc ∥ ) 2
∆uOd Ad = ∆uId
RL β ( Rc ∥ ) 2 Ad = − R b + rbe
R i = 2 ( R b + rbe ) ， R o = 2 R c
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR 动态参数：
共模抑制比K 共模抑制比 CMR：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。 的能力和抑制共模信号的能力。
第十三讲差分放大电路一零点漂移现象及其产生的原因二长尾式差分放大电路的组成三长尾式差分放大电路的分析四差分放大电路的四种接法五具有恒流源的差分放大电路六差分放大电路的改进0的现象
第十三讲 差分放大电路
一、零点漂移现象及其产生的原因 二、长尾式差分放大电路的组成 三、长尾式差分放大电路的分析 四、差分放大电路的四种接法 五、具有恒流源的差分放大电路 六、差分放大电路的改进
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
差分放大电路一
3.3 差分放大电路3.3 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1. 什么是零点漂移现象：Δu I＝0，Δu O≠0的现象。
产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。
其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。
克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。
典型电路：差分放大电路零点漂移参数理想对称：R b1= R b2，R c1= R c2，R e1= R e2;T1、T2在任何温度下特性均相同。
典型电路在理想对称的情况下：1. 克服零点漂移；2. 零输入零输出。
R b是必要的吗？CEQ EQ BQ 1U I I ≈β+=，)()C2CQ2C1=∆+-∆u u u 0c IcOc=∆∆A u u ，参数理想对称时共模信号：数值相等、极性相同的的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 T(℃)↑→I↑I C2↑→U E↑→I B1C1抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
差模信号：数值相等，极性相反2/Id对差模信号无反馈作用。
中电流不变，即Re为什么？R∆∆L c CQ CC L c L CQ1 )(R R I V R R R U -⋅+=∥ 由于输入回路没有变化，所以I EQ 、I BQ 、I CQ与双端输出时一样。
但是U CEQ1≠ U CEQ2。
be b L c d )( 21r R R R A +⋅-=∥βco be b )(2R R r R =+=，be b L c d )( 21r R R R A +⋅-=∥βe be b L c c )1(2)( R r R R R A ββ+++-=∥)(2)1(2be b e be b CMR r R R r R K ++++=β（1）T 2的R c 可以短路吗？（2）什么情况下A d 为“＋（3）双端输出时的A d 是单端输出时的）T 2的R c 可以短路，因为输入回路对称，所以还是对称的，仅仅U CEQ1≠ U CEQ2）输出端取T2管集电极电压时下共模输入电压差模输入电压输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：2/I Ic I Id u u u u ==，I d O u A u +⋅=差模输出共模输出五、具有恒流源的差分放大电路为什么要采用电流源？R e 越大，共模负反馈越强，单端输出时的A c 越小，K CMR越大，差分放大电路的性能越好。
第三章(三)差分放大电路
26 I EQ
200
5 7 .5 9
81 26 0 .2 8 5
7 5 8 9 7 .5 9 K
80
5 2 .7
R L 1 0 / /1 0 5 K
R id 2 rb e 2 7 .5 9 1 5 .2 k R od 2 RC 2 0 K
0CC
RC I CQ1
1 2 1 0 0 .2 8 5 9 .1 5(V )
rb e 2 0 0 (1 )
( 2 ) Au d R L RC / / 1 2 RL rb e
ui1 = 1.01 = 1.00 + 0.01 (V) ui2 = 0.99 = 1.00 – 0.01 (V) uid = u i1 – u i2= 1.01 – 0.99 uic = (ui1+ ui2 ) / 2 =1（V）
u i 1 u ic 1 2 u d ; u i 2 u ic 1 2 u id
I CQ1 I CQ 2
U CQ1 VCC RC I CQ1 U C Q 2 V C C R C I C Q 2 是集电极对地电位值！
（二）动态分析 1. 差模输入与差模特性 差模输入：差分放大电路的两个输入信号大小相等，极性相反。 差模电压放大倍数：差模输出电压uod与差模输入电压uid的比值。 差模输入电阻：从放大电路两个输入端看进去所呈现的等效电阻。 差模输出电阻：差分放大电路两管集电极之间即输出端看进去的对 差模信号所呈现的电阻。
ic1
ic2
IE
IE
REE:静态时：流过两倍的IE,对单边来讲相当于串接了2REE。 动态时：ui1引起ie增加，而ui2引起ie减小，一增一减，在RE上不
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1.双端输入单端输出电路
电路如右图所示，为双端输入、单端输出差分放大电路。
由于电路参数不对称，影响了静态工作点和动态参数。
直流分析：
画出其直流通路如右下图所示，图中和是利用戴维宁定理进行变换得出的等效电源和电阻，其表达式分别为：
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10kΩ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。