差分式放大电路
差分式放大电路
差分式放大电路
差分式放大电路一、直接耦合多级放大电路的零点漂移
多级放大电路的耦合方式为了获得足够高的增益或满足输入电阻、输出电阻的特殊要求，实用的放大电路通常由几级基本放大单元级联而成，构成多级放大电路。
各级之间的连接方式称为耦合方式。
常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合三种。
式中gm 为T1、T2 的互导。
输入电阻的计算与BJT 构成的差分放大电路有所差别。
由于场效应管的输入电阻很大，栅极电流可忽略不计。
同时，该电路的栅极有Rg 电阻接地。
所以，差模输入电阻为
Rid»Rg
十、差分放大电路的传输特性
差分式放大电路在小信号线性工作状态下的放大作用。
当信号较大时，输入输出的关系可通过传输特性曲线来描述。
下面以图1 所示电路为例进行讨论。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
模拟电子技术 6.2 差分式放大电路
vi2 = vid /2
此时，一管电流增加时，另一管电流减少， 输入有差别，放大器才有动作（输出） 且变化量相同，
∴ vo = vo1 － vo2 ≠ 0 ※ ∴称为差动式或差分式放大电路。
*
*
抑制零点漂移的原理 总输出电压
vo = v o vo Avdvid Avcvic
例如 假设 AV1 = -100,
漂移 -10 mV -100μV
漂移 1 V+ 10 mV
AV2 = -100, AV3 = 1 。
若第一级有100μV漂移， 则第一级输出漂移 -10 mV。 若第二级也有-100 μV漂移，
漂移 100 μV
则第二级输出漂移 1V+10 mV。 3.减小零漂的措施：
(2)电压增益
rbe3 26mV 200 (1 3 ) 2.3k I E3
rbe2 200 (1 2 )
26mV 3.78k I E2
Ri2 rbe3 (1 3 ) Re3 245.3k
Avd2
β2 ( Rc2 || Ri2 ) 50 2(rbe Rb1 )
2 Rc
*
Rc
例：电路如下图所示，所有晶体管均为硅管， β均为60，静态 解：（1）T3管的集电极电流 时｜UBEQ｜≈0.7VI 。试求： ＝（U －U ）/ R ＝0.3mA
C3 Z BEQ3 e3
（1）静态时静态时 T1管和T T2管的发射极电流。 管和T 管的发射极电流
1 2
IE1＝IE2＝ IC3/2=0.15mA
双端输出时
vo = v o A vd vid
差分放大电路
2、 动态分析
（1） 差模分析
① 做交流通路
+
+VCC
RC R C
RC
+
T1
v Id 1
RL v Od 1 2
−
−
+
+
RL RL
+
RC R C
v Od −
v Id
v Id 2
− − +
v Od
−
+
v Id 1
v Id 1 T 1
−
+
T 1
T2
REE −VEE
T2
+
Ri
−
T2
RC
RL 2
v Od 2
2
I C 1 = β I B1 = 0.26mA
VCC − VC 1 VC 1 = IC1 + RC RL
VC 1 = 2.82V
I RL V = C 1 = 0.08mA RL
RC 36kΩ RB 2 .7 k Ω RL 36kΩ RP 100Ω RE 27 kΩ
RC 36kΩ
VCC +15V
vo
RC 36kΩ
T1
RL 36kΩ RP 100Ω
T2
RB 2.7kΩ
RE 27kΩ −VEE −15V
解：（1）静态分析： RP ( ) I B 1 RB + VBE 1 + 1 + β I B 1 + 2 RE − 15 = 0
I B1 15 − V BE 1 = 2.6 µA = R P R B + (1 + β ) + 2 RE 2
差分放大电路
（3）共模抑制比KCMR 在双端输出时，共模电压放大倍数，所以
KCMR是一个无穷大的数值，在单端输出时，可以 得到：
KCMR=
1.3 其他接法的差分放大电路
上节中的长尾式差分放 大电EE也要增大，这在集成 电路中不易实现；为了克服 这种困难，可以采用一个电 流源来代替Re。
基极电位为零。
IE＝
≈IC
UCC－（-UEE）＝ICRC+2IERe+UCE
UCE＝
3．抑制零点漂移的原理
静态时，ui1＝ui2＝0，即uid=0，由于电 路完全对称，UC1＝UC2，所以，uo=0，实现 了零输出。
当电源电压波动或者环境温度发生改变 时，两管的集电极电流和集电极电压将同时 发生同样的改变。其效果相当于在两个输入 端加入了共模信号，由于电路的对称性，在 理想的情况下，输出电压仍然保持不变，从 而抑制了零点漂移。
即可以有效的抑制零点漂移，提高共模 抑制比，同时发射极又不要求过高的负电压， 因此在集成电路中广为采用。
模拟 电子 技术 基础
（2）共模信号
双端输出
若输入信号为共模信号，即ui1＝ui2＝uic，称为共 模信号输入，由于两管的电流的变化方向一致，对电 阻Re而言，相当于每个管子发射极上面接了2Re的电 阻，双端输出时，由于电路对称，uo＝uc1－uc2＝0， 电压放大倍数为
单端输出 在单端输出的情况下，电压放大倍数为两个管子
在电路理想的情况下，输出信号电压可以表示为 uo＝AUD（ui1－ui2）＝AUDuid
通常称差模信号是两个输入信号之差，共模信号 是两个输入信号的算术平均值；分别表示为
uid＝ui1－ui2 uic＝（ui1＋ui2）/２
差分放大电路
差分放⼤电路6.1集成电路运算放⼤器中的电流源1．基本电流源 分压式射极偏置电路为基本电流源电路。
当三级管⼯作在放⼤区，由于射极电流仅由两分压电阻决定， 因此当负载发⽣变化（也即集电极电阻发⽣变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特性。
2．有源负载 由于电流源具有直流电阻⼩⽽交流电阻⼤的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使⽤，称为有源负载。
3．电流源的应⽤（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流；（2）作为各放⼤级的有源负载，提⾼电压增益。
6.2差分式放⼤电路主要作⽤：作为多级放⼤电路的输⼊级，抑制零点漂移。
⼀、基本差分放⼤电路电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称。
它有两个输⼊端，两个输出端，当输出信号从任⼀集电极取出，称为单端输出，⽽当从两个集电极之间取出，则称为双端输出或浮动输出。
1．差分式放⼤电路的类型：按输⼊和输出的⽅式分为：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。
2．静态分析 静态是指⽆外输⼊信号时电路所处的状态。
因此，在进⾏静态分析时，应把输⼊信号置零，即输⼊端短路。
共⽤电阻Re在半电路中应等效为2*Re。
3．动态分析（1）差模信号与共模信号 在讨论差分放⼤电路的性能特点时，必须先区分差模信号和共模信号这两个不同的概念，因为差分放⼤电路对差模信号和共模信号具有完全不同的放⼤性能。
⼀对任意数值的输⼊信号可以⽤差模信号和共模信号来表⽰。
通常，可以认为，共模信号是由⼀对幅值相等、极性相同的输⼊信号组成，差模信号是由⼀对幅值相等、极性相反的输⼊信号组成。
（2）垂直对称⽹络的⼆等分 垂直对称⼆端⼝⽹络，当在两输⼊端分别加上幅值相等、极性相同的信号和幅值相等、极性相反的输⼊信号时，其垂直对称线上分别等效为开路和对地短接。
这样，⼀个⼆端⼝⽹络变分解为两个半⽹络。
（3）差模信号输⼊ 将差分放⼤电路分解为两个半电路，在半电路中：双端输⼊：共⽤电阻Re短接或恒流源交流短接；单端输⼊共⽤电阻Re或恒流源开路。
差分放大电路
+Vcc
R3
R4 +15V
15k + Vo - 15k
RL 10k
+ R1 Vi 1k
T1
T2
R2
1k
-
Re 1K
差动放大电路
当两个输入端并接到一起，
且加入共模信号Vic时，
Vc1
Vc2
R1
rbe
Rc
(1
)2Re
Vic
即仍有Vo=Vc1−Vc2=0V，
+Vcc
R3
R4 +15V
15k + Vo - 15k
端信号中不同的部分
差分放大电路——一般结构
1、差模信号和共模信号的概念 ＋
vi1 ＋
＋
+vid/2
差模电压增益
Avd
=
vo vid
＋ vic
－
－
－
vid
-vid/2
＋
－
差放
vo －
vi2
vo ——差模信号产生的输出 差分式放大电路输入输出结构示意图
共模电压增益
Avc
=
vo vic
vo ——共模信号产生的输出
差分放大电路——一般结构
1、差模信号和共模信号的概念
差模信号
vid = vi1 vi2
共模信号
+
+-vid
vi1
+
vi2
--
差放
+-vo
+
+
vo1
vo2 -
-
vic
=
1 2
(vi1
vi2 )
差分式放大电路输入输出结构示意图
差分式放大电路
差放
根据1、2两式又有
K CMR
AVD = AVC
vid vi1 = vic 2
-
共模抑制比 反映抑制零漂能力的指标
vid vi2 = vic 2 共模等效输入方式
6.2.1 基本差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理 静态
I C1 = I C2
1 IC I0 2
VCE1 = VCE2
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
可以放大直流信号 # 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
2.直接耦合放大电路 电源电压波动 的零点漂移 也是原因之一
零漂： 输 入 短 路 时 ， 输 出仍有缓慢变化 的电压产生。
主要原因： 温度变化引起，也称温漂。 温漂指标： 温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益 折算到输入端的等效输入漂移电压值。
VCC I C RC VE VCC I C RC ( 0.7) IC I B1 I B1
1. 电路组成及工作原理 动态 仅输入差模信号， v i1 和 v i2 大小相等，相位相反。 vc1 和 vc2 大小相等， 相位相反。 vo vc1 vc2 0 ，
（双入、双出交流通路）
2v o1 Rc 2v i1 rbe
1 接入负载时 以双倍的元器件换 ( Rc // RL ) 2 AVD = 取抑制零漂的能力
<B> 双入、单出 接入负载时
vo1 Rc v o1 1 AVD1 = AVD v id 2rbe 2v i1 2
单端输出时的总输出电压
vo1 AVD1v id (1
)
（4）频率响应
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
差分式放大电路(第6版)课件
7.2 差分式放大电路7.2.1 差分式放大电路的一般结构 7.2.3 BJT差分式放大电路 7.2.2 FET差分式放大电路7.2.1 差分式放大电路的一般结构1. 用三端器件组成的差分式放大电路电路参数 对称相等 T1 、T2vi1 、vi2 vo1 、vo27.2.1 差分式放大电路的一般结构2. 差模信号和共模信号 有关概念vid = vi1 vi2 差模电压v ic=1 2 (vi1vi2 )共模电压有vi1=vicvid 2vi2=vicvid 2共模信号vic ：大小同，相位同；大小同， 相位同大小同， 相位反差模信号1/2vid ：大小同，相位反。
共模信号、差模信号举例：vi1 、 vi2 值相同 vi1 = vi2 = 5V 共模信号vi1 = vi2 = 5V 差模信号vi1 、 vi2值不同 vi1 =8V ，vi2 =2Vvi1 =5V + 3V vi2 =5V 3V共模信号vic = 5V 差模信号1/2vid = 3V3. 差分放大电路的输出输出方式：单端、双端单端输出（O1 或 O2与地 之间的电压， O1 或 O2与地接RL ）：vo = vo1 或 vo2双端输出（O1 O2之间的电压， O1 O2之间接RL ） vo = vo1 vo23. 差分放大电路的输出根据vid = vi1 vi2v ic=1 2(vi1vi2 )Avd=vod vidAvc=voc vic差模电压增益 共模电压增益其中 vod ——差模信号产生的输出voc ——共模信号产生的输出总输出电压：vo = vod voc Avdvid Avcvic差分放大电路设计要求:差模Avd高，共模Avc低4. 抑制零点漂移原理直接耦合放大电路存在：零点漂移uo+ –ui多级直接 耦合放大电路Ot理论上： ui =0时， uo保持恒值 实际上：ui =0时， uo发生缓慢地、无规则地变化产生的原因：温度变化、 电源电压波动、 电路元件参数的变化。
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AVD =
( Rc // RL )
2rbe
3. 主要指标计算 （1）差模电压增益
<C> 单端输入
ro re
等效于双端输入
指标计算 与双端输入相 同入
（2）共模电压增益
<A> 双端输出 共模信号的输入使两管 集电极电压有相同的变化。 所以 voc voc1 voc2 0
信号被放大。
2. 抑制零点漂移 温度变 化和电源电 压波动，都 将使集电极
电流产生变
化。且变化 趋势是相同 的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。 差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。
3. 主要指标计算 （1）差模电压增益
<A> 双入、双出 v o1 v o2 vo AVD = v i1 v i2 v id
用非线性元件进行温度补偿
（思考题）
调制解调方式。如“斩波稳零放大器”
采用差分式放大电路
4. 差分式放大电路中的一般概念
+ 差模信号输出 1 vic = (vi1 vi2 ) 共模信号 vi1 共模信号输出 vo 差模电压增益 AVD = v id vo 共模电压增益 AVC = v ic
双端输出，理想情况
单端输出
K CMR
AVD1 AVC1
K CMR
ro
rbe
K CMR 越大， 抑制零漂能力 越强
单端输出时的总输出电压
vo1 AVD1 v id (1
v ic K CMR v id
)
（4）频率响应
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
4. 几种方式指标比较
6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述
直接耦合放大电路 零点漂移
差分式放大电路中的一般概念
6.2.1 基本差分式放大电路
电路组成及工作原理 主要指标计算 抑制零点漂移原理 几种方式指标比较
6.2.2 FET差分式放大电路 6.2.3 差分式放大电路的传输特性
6.2.0 概述
差放
根据1、2两式又有
K CMR
AVD = AVC
vid vi1 = vic 2
-
共模抑制比 反映抑制零漂能力的指标
vid vi2 = vic 2 共模等效输入方式
6.2.1 基本差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理 静态
I C1 = I C2 1 IC I0 2
VCE1 =VCE2
2. 差模增益
与共源电路相同
AVD2
vo2 v id 1 gm Rd 2
Rid Rg1 1 M
3. 差模输入电阻
6.2.3 差分式放大电路的传输特性
iC1 f (vid ) iC2 f (vid )
图中纵坐标为 iC1 / I 0
end
（双入、双出交流通路）
2vo1 Rc 2v i1 rbe
1 接入负载时 以双倍的元器件换 RL ) ( Rc // AVD = 取抑制零漂的能力 2 rbe
<B> 双入、单出 接入负载时
AVD1
vo1 Rc vo1 1 = AVD v id 2rbe 2vi1 2
例如 假设
漂移
10 mV+100 uV
漂移 1 V+ 10 mV
AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。
若第一级漂了100 uV，
则输出漂移 1 V。
若第二级也漂 了100 uV，
则输出漂移 10 mV。
漂了 100 uV 漂移 1 V+ 10 mV
第一级是关键
3. 减小零漂的措施
共模增益
AVC
voc 0 v ic
<B> 单端ห้องสมุดไป่ตู้出
AVC1
voc1 v oc2 vic v ic Rc Rc rbe (1 )2ro 2ro
ro AVC1 抑制零漂能力增强
（3）共模抑制比
K CMR AVD AVC K CMR AVD 20 lg AVC dB
VCC I C RC VE VCC I C RC ( 0.7) IC I B1 I B1
1. 电路组成及工作原理 动态 仅输入差模信号， vi1 和 vi2 大小相等，相位相反。 vc1 和 vc2 大小相等， 相位相反。 vo vc1 vc2 0 ，
1. 直接耦合放大电路
可以放大直流信号 # 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
2.直接耦合放大电路 电源电压波动 的零点漂移 也是原因之一
零漂： 输 入 短 路 时 ， 输 出仍有缓慢变化 的电压产生。
主要原因： 温度变化引起，也称温漂。 温漂指标： 温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益 折算到输入端的等效输入漂移电压值。
ro
rbe
ro
rbe
4. 几种方式指标比较
（思考题）
输出方式
双出
单出
双出
单出
Rid Ric
Ro
2rbe
2rbe
1 [rbe (1 )2ro ] 2
2Rc Rc
1 [rbe (1 )2ro ] 2
2Rc Rc
6.2.2 FET差分式放大电路
1. 电路组成
vid = vi1 vi2 差模信号
+ vid -
+ vid -
差放 差放 (a) 差放
(b)
+ vo -
+
2
-
+ v + i2 v-id
-
+ vo2 -
vo1
-
差分式放大电路输入输出结构示意图 差模等效输入方式
+ 总输出电压 v = v v A v A v o o o VD id v VC ic ic
输出方式
AVD AVC
K CMR
双出 1 ( Rc // RL ) 2 rbe
单出
双出
单出
( Rc // RL )
2rbe
1 ( Rc // RL ) 2 rbe
0
( Rc // RL )
2rbe
0
Rc // RL 2ro
Rc // RL 2ro