差分放大电路一
《差分放大电路》课件

电源稳定性测 试:测量差分 放大电路的电 源稳定性,确 保其符合设计
要求
差分放大电路的调试与测试实例
测试目的:验证差分放大电路的性 能和稳定性
测试项目:输入信号、输出信号、 增益、相位、噪声等
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测试方法:使用示波器、信号发生 器等仪器进行测试
测试结果分析:根据测试结果,分 析电路的性能和稳定性,找出存在 的问题并解决。
应用案例1:在 数字音频处理 中的应用,提
高音质
应用案例2:在 数字图像处理 中的应用,提 高图像清晰度
应用案例3:在 数字通信中的 应用,提高通
信质量
应用案例4:在 数字信号处理 中的其他应用, 如信号滤波、
信号放大等
差分放大电路在其他领域中的应用案例
音频信号处理:用于音频信号的放大和滤 波
医疗设备:用于医疗设备的信号放大和滤 波
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差分放大电路的主要特点是具有较 高的共模抑制比和较低的噪声。
差分放大电路的基本结构包括输入 级、中间级和输出级。
差分放大电路的特点
输入信号为 差模信号
具有较高的 共模抑制比
输出信号为 差模信号
具有较高的 增益和带宽
差分放大电路的应用
信号处理:用于处理模拟信号,如 音频、视频等
稳定性优化:通过优化电路参数,提高电路的稳定性,如调整反馈系数、调整电路参数等。
差分放大电路的设计方法
差分放大电路的设计原则
输入阻抗匹配:确保输 入信号不受干扰
输出阻抗匹配:保证输 出信号的稳定性
共模抑制比:提高电路 的抗干扰能力
带宽:满足信号处理需 求
差分放大电路的工作原理

差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理基于差分输入信号的放大和相位逆转。
通过合理设置电路参数和拓扑结构,可以实现对不同频率范围的信号进行差分放大,并在输出端得到符合要求的放大信号。
一、差分放大电路的示意图和基本工作原理差分放大电路一般由两个共模信号输入端和一个差模信号输出端组成。
下图展示了一个基本的差分放大电路示意图。
[image]图1 基本差分放大电路示意图在差分放大电路中,输入端的两个信号V1和V2分别与两个输入电阻R1和R2相连。
两个输入电阻串联在一起,可以看作一种差分输入电路。
输出端的信号Vout与两个电阻R3和R4相连,输出信号的放大程度与这两个电阻的大小有关。
接下来,我们根据差分放大电路的基本示意图,详细介绍其工作原理。
1、差分输入信号差分输入信号是指两个输入端的信号之间的差值。
在实际应用中,这两个输入信号可能是来自传感器、放大器、传输线等。
当这两个信号的接收、传输、处理过程是一致的时候,我们称其为共模信号;反之,称其为差模信号。
差分放大电路能够放大差分输入信号的主要原因在于它能够对共模信号和差模信号分别进行处理,并最终得到差模信号的放大输出。
2、差分放大和相位逆转在差分放大电路中,我们一般会通过一个共源共极型场效应管或者双极晶体管来实现对差分输入信号的放大。
这些放大器的特点是能够将输入信号放大,并将放大后的信号的相位逆转180度。
当输入信号V1和V2同时增大时,放大器会对其进行放大,并通过输出端Vout输出差分放大后的信号。
此时,输出信号与输入信号V1和V2之间的差值是放大的,反之亦然。
这种差分放大和相位逆转的特性使得差分放大电路在抑制共模干扰、增强信号质量等方面有着独特的优势。
二、差分放大电路的主要工作特性差分放大电路相对于单端放大电路具有一些独特的工作特性。
在实际应用中,我们可以通过调节电路参数、选取合适的电路拓扑结构等方法来实现对其工作特性的优化。
1、抑制共模干扰共模干扰是指在传感器、放大器、传输线等系统中,由于接地线、电源线、环境噪声等原因引入的干扰。
差分放大电路公式(一)

差分放大电路公式(一)差分放大电路公式1. 差动增益公式•差动放大器的增益定义为差模输入电压与差模输出电压的比值:Ad = (Vout+ - Vout-) / (Vin+ - Vin-)•其中,Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压,Vout+和Vout-分别表示正输出与负输出的电压。
2. 共模增益公式•共模放大器的增益定义为共模输入电压与共模输出电压的比值:Ac = (Vout+ + Vout-) / (Vin+ + Vin-)•其中,Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压,Vout+和Vout-分别表示正输出与负输出的电压。
3. 差模增益与共模增益比值公式•增益差值定义为差动增益与共模增益的比值:CMRR = Ad / Ac•其中,CMRR表示共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio)。
4. 差模输入电阻公式•差模输入电阻定义为差模输入电压与差模输入电流的比值:Rin = (Vin+ - Vin-) / Iin•其中,Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压,Iin表示差模输入电流。
5. 差模输出电阻公式•差模输出电阻定义为差模输出电压变化与差模输出电流变化的比值:Rout = dVout / dIout•其中,dVout表示差模输出电压变化,dIout表示差模输出电流变化。
举例说明假设我们有一个差分放大电路,如下图所示:R1 R2Vin+ -----/\/\/\/\------|---- RL| |Vin- -----/\/\/\/\------ VoutR3 R4其中,R1、R2、R3、R4为电阻,Vin+和Vin-为正输入与负输入的电压,Vout为输出电压。
我们可以根据上述公式计算出该差分放大电路的性能指标:1.差动增益(Ad):根据差分放大电路公式,我们可以测量Vin+和Vin-的变化,并记录Vout+和Vout-的变化,然后计算出Ad的值。
差分放大电路(1)

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直流通路
即静态时,差分放大电路具有零输入零输出的特点,抑制 零点漂移。
②当温度变化时:
UO = (UO1 + U vO1)
两管输出电压的变化相等,即 UO1= UO2 ,输出电压:
=0
– (UO2 + UO2)
可见,两管的漂移在输出端 相互抵消,从而有效地抑制 了零点漂移。
id id
2 2
uic (ui1 ui2 ) 2 uid ui1 ui2
上式表明,共模输入电压uic为两输入电压的平均值,差模输入电压uid 为两输入信 号的差值。此时差分放大电路的输出电压为差模输入uid单独作用时的差模输出电压 uod与共模输入电压人单独作用时的共模输出电压uoc叠加的结果,即:
差模放大动态分析:
要分析差模的交流通路, 我们必须懂得晶体管的 微变等效模型,如右图 所示:
可等效为
差模放大动态分析:
在差模信号单独作用的情况下,两管发射极电流ie1和ie2一个增大,一个减小, 而且变化的幅度相同,因此流过电阻Re的电流大小不变。又因电阻Re下端接直 流电源-VEE,故两管发射极电压为固定的直流量,即对于差模信号,两管发射 极交流电压值为零。另外,两管集电极电压uC1=-uC2,,即差模信号输入时, RL两端电压向相反方向变化,故RL中点电压相当于交流接地。由此 可以画出差模交流通路如图所示,由下图可求得:
解:(1) ( 2)
AVD AV 1 AV 2 20
K CMR AVD 20 1 000 AVC 0.02
谢 谢 观 赏!
解:
uic (ui1 ui2 ) 2 100mV uid ui1 ui2 0.4mV
1-2差分放大电路

差分放大电路一般有同两,则个反该输之输入,入端如端:果称所为得同到相的输输入出端。
同相输入端,
信号的极性与其相反,则该输
反相输入端。
入端称为反相输入端。
信号的输入方式:若信号同时加到同相输入端
和反相输入端,称为双端输入; 若信号仅从一个
输入端对地加入,称为单端输入。
差分放大电路可以有两个输出端,一个是集电 极C1,另一个是集电极C2。
2.0抑制零漂的原t 理
(1)零DV漂D 的R3产生
Rc3
+VCC
C3
b1
D1
T1
+
C-
R C1 2
b2
D2
VCC/2 K
T2
uo
ui
b3 R
ui=
0 1
Re3
T3
Ce
RL
注:零漂现象在如上图所示的直接耦合 电路中危害尤甚 , IC 内部电路大都采用直 接耦合方式,必须有效地抑制零漂。
4.抑制零点漂移的原理
R’L=RC // ( RL / 2 )
只由一个 管输出电压
VC
C
(1)差模差电分压放大增器益必 共射电
AuD1=(须1/配2)以A单uD端=输-出 R’路L 是/ (单2r端be
)
适应后级。
输入的
双入单出差模电压增益推导
双入b1 单Tic11c出1压带R-+增Cu负o益1 载u-RR+o2CL时c差2icT22模b电2
VC
C
单b1入Ti+c1+1双cu1i1 出电/R-++Cu带压ou1o负增-u-R+o2载益C c-时2uicTi-12差2/ b模2
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

03 差分放大电路的分类
电压反馈型差分放大电路
电压反馈型差分放大电路通过电 压负反馈来减小输出电压的幅度,
从而减小了电路的增益。
电压反馈型差分放大电路通常具 有较低的输入阻抗和较高的输出 阻抗,适用于电流驱动能力较弱
的电路。
电压反馈型差分放大电路的优点 是稳定性好,噪声低,适用于信
号源内阻较高的应用场景。
电流反馈型差分放大电路
1
电流反馈型差分放大电路通过电流负反馈来减小 输出电流的幅度,从而减小了电路的增益。
2
电流反馈型差分放大电路通常具有较高的输入阻 抗和较低的输出阻抗,适用于电流驱动能力较强 的电路。
3
电流反馈型差分放大电路的优点是带宽较宽,响 应速度较快,适用于信号源内阻较低的应用场景。
缓冲和驱动
差分放大电路可以作为缓冲器和 驱动器,用于驱动后级电路或传 输线路,提高信号的驱动能力和 传输稳定性。
比较器
差分放大电路可以作为比较器, 用于比较两个电压或电流的大小 关系,常用于触发器、寄存器等 数字逻辑电路中。
在传感器信号处理中的应用
温度传感器信号处理
差分放大电路可以用于放大温度传感器的输 出信号,将微弱的温度变化转换为电信号, 便于后续处理和测量。
差分放大电路的特点
高增益
抑制共模干扰
差分放大电路具有很高的增益,通常在 100dB以上,因此能够将微弱的差分信号 放大到足够大的幅度。
由于差分放大电路只对两个输入信号的差 值进行放大,因此它能够有效地抑制共模 干扰,提高信号的信噪比。
宽频带
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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 0
c Ic
Oc
=∆∆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 B1
C1
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R
e
为什么?
R
∆
∆
L c CQ CC L c L CQ1 )(R I V 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 +⋅-=∥βc
o 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。
但为使静态电流不变,R e 越大,V EE越大,以至于R
太大就不合理了。
e
需在低电源条件下,得到趋于无穷大的R e。
解决方法:采用电流源!
3BEQ EE 2123E B32R U V R R R I I I -⋅+≈>>,等效电阻
为无穷大
近似为恒流
2)1(be b c
d R r R R A ββ+++-=
=10mV,u I2=5mV,则u Id=?u Ic u Id=5mV ,u Ic=7.5mV
u Id=10mV ,u Ic=5mV
=?。