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
差动放大电路原理及应用
差动放大电路原理及应用差动放大电路是一种电子电路，其基本原理是利用两个输入之间的电压差来放大信号。
它由一个差分放大器和一个输出级组成，常用于放大微弱信号。
下面将详细介绍差动放大电路的工作原理及应用。
差动放大器采用了差动放大方式，即两个输入信号相互作用，电压差通过放大后得到放大输出信号。
差分放大器由两个晶体管组成，一个是NPN型，一个是PNP 型。
在工作过程中，两个输入信号通过耦合电容C1和C2加在晶体管基极上，导通两个晶体管，使得两个晶体管工作在放大状态。
输出信号通过输出电容C3耦合到负载电阻上，最后形成放大的输出信号。
差动放大电路的主要优点是具有高增益、低失真和良好的共模抑制比。
其增益由输入电阻、反馈电阻和负载电阻决定。
利用差动放大电路，可以实现对微弱信号的放大，提高信号的强度，同时还能减小噪声干扰，提高信号的质量。
差动放大电路在实际应用中有着广泛的应用。
其中最常见的应用是在音频放大器中。
差分放大器能够将音频信号放大到合适的水平，驱动扬声器，使得声音更加清晰、响亮。
此外，在通信系统中，差动放大电路也被广泛使用。
它可以放大发送方的信号，并通过差分放大来抑制噪声干扰，保证接收方得到清晰的信号。
另外，差动放大电路还被应用于测量系统中。
例如，在温度测量中，可以使用差动放大器将微弱的温度信号放大到适合测量的范围。
差动放大器还经常被用作传感器信号的接收电路，能够提高信号的精确度和稳定性。
此外，差动放大器还具有良好的共模抑制比，可以抑制输入信号和共模信号之间的干扰。
因此，差动放大器也被广泛应用于抑制环境噪声的电路中。
例如，在汽车音响系统中，差分放大器可以有效地抑制来自发动机的噪声，使得音乐更加清晰。
总之，差动放大电路是一种广泛应用的电子电路，其原理是通过放大两个输入信号之间的电压差来实现信号放大。
它具有高增益、低失真和良好的共模抑制比等优点，被广泛应用于音频放大器、通信系统、测量系统以及噪声抑制等领域。
通过差动放大电路的应用，可以提高信号的强度和质量，使得各种电子设备的性能得到提升。
差动放大电路
设ui1>0,
则ui2<0
IC2<0, VC2>0
IC1>0, VC1<0; uo=VC1VC2 设VC!=-1V,
VC2=1V
则uo=-2V
(3)比较输入
ui1与ui2是任意
则设ui1为给定信号,ui2为反馈信号 uo=Au(ui1-ui2)
为了便于分析与处理,可以将这种即非共模、又 非差模的信号,分解为共模分量和差模分量。 ui1 uod1
RB
uod2
ui
ui1
RE
T2 T2
RB
ui2
-EE
当T1管输入信号电压ui且极性如图所示,T1的集电流 增大,其增大量为IC(正值),流过RE的电流也增大,因 而发射极电位升高,使T2基—射极电压减小UBE2,T2的 集电极电流也就减小,其减小量为IC2(负值)。IC1和 IC2的相对大小,取决于RE的大小,RE大,T1的输入信号 耦合(传送)到T2管的作用也强。
VE=RE(IC1+IC2)
是一有限值
当RE足够大时, IC1+IC20对信号讲,RE电路可 认为是开路的,如图所示。 rbe rbe RB R
B
ui
ui11/2ui
ui2-1/2ui
在单端输入的差动放大电路中,只要共模反馈电阻RE 足够大时,两管所取得的信号就可以认为是一对差模 从这一点来看,单端输入和双端输入是一样的 信号。
EE 2 R
E
U CE U CC R C I C U CC
EER C 2R E
3. 动态分析: 1) 双端输入——双端输出
RC
RB
T1
uo
T2 RE
差动放大电路的主要特点
差动放大电路的主要特点差动放大电路是一种常见的电子电路，它具有许多独特的特点和应用。
差动放大电路的主要特点包括：高放大倍数、高共模抑制比、低失调、低噪声、高输入阻抗和高带宽等。
差动放大电路具有高放大倍数的特点。
差动放大电路通过对输入信号进行差分放大，从而实现对输入信号的放大。
由于差分放大的方式，差动放大电路能够放大微弱的输入信号，使其达到较大的输出信号，从而提高了信号的可靠性和稳定性。
差动放大电路具有高共模抑制比的特点。
共模信号是指同时作用于差动放大电路的两个输入端的信号，而差动信号是指作用于两个输入端的信号的差值。
差动放大电路能够抑制共模信号的干扰，使得差动信号能够得到更好的放大，从而提高了信号的质量和准确性。
差动放大电路具有低失调的特点。
失调是指差动放大电路输出的差动信号与输入信号之间的误差。
差动放大电路通过采用精确的电子元件和精细的电路设计，能够减小失调的产生，从而提高了差动放大电路的精度和稳定性。
差动放大电路还具有低噪声的特点。
噪声是指在电路中由于电子元件的随机运动而产生的不稳定信号。
差动放大电路通过优化电路结构和选择低噪声的元件，能够减小噪声的产生，从而提高了信号的纯净度和可靠性。
差动放大电路具有高输入阻抗的特点。
输入阻抗是指电路对输入信号的阻力。
差动放大电路通过采用高阻抗的元件和合理的电路设计，能够提高电路对输入信号的接受能力，从而减小输入信号的损耗和失真，提高了信号的传输效率和稳定性。
差动放大电路具有高带宽的特点。
带宽是指电路能够传输信号的频率范围。
差动放大电路通过采用高频率响应的元件和合理的电路布局，能够提高电路对高频信号的接受和传输能力，从而实现高频信号的准确放大，提高了信号的传输速度和准确性。
差动放大电路具有高放大倍数、高共模抑制比、低失调、低噪声、高输入阻抗和高带宽等特点。
这些特点使得差动放大电路在各种电子设备和通信系统中得到广泛的应用。
差动放大电路可以实现对微弱信号的放大，提高信号的质量和准确性；可以抑制共模信号的干扰，提高信号的可靠性和稳定性；可以减小失调和噪声的产生，提高信号的纯净度和可靠性；可以提高电路对输入信号的接受能力，减小信号的损耗和失真；可以提高电路对高频信号的传输能力，实现高频信号的准确放大。
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
差动放大电路工作原理
差动放大电路工作原理差动放大电路是一种常见的电路，它常常被用于放大微小信号。
本文将介绍差动放大电路的工作原理、应用场景以及常见问题解决方法。
一、差动放大电路的工作原理差动放大电路由两个输入端和一个输出端组成。
当两个输入端的电压不同时，输出端就会输出一个差分电压。
差分电压的大小与两个输入端的电压差有关，电压差越大，则差分电压也越大。
差动放大电路的主要作用是将微小信号放大到可以被其他电路处理的程度。
差动放大电路通常由两个晶体管组成。
其中，一个晶体管的发射极连接到一个恒流源，另一个晶体管的发射极连接到另一个恒流源。
两个晶体管的集电极通过一个电阻连接在一起，形成一个共射放大电路。
两个输入端的信号分别连接到两个晶体管的基极上，输出端连接到两个晶体管的集电极上。
差动放大电路的工作原理可以用以下公式表示：Vout = (V1-V2) * (Rc / Re)其中，V1和V2分别是两个输入端的电压，Vout是输出端的电压，Rc是两个晶体管的集电极电阻，Re是两个晶体管的发射极电阻。
二、差动放大电路的应用场景差动放大电路广泛应用于音频放大器、电视机、电脑等电子产品中。
它可以将微弱的音频信号放大到可以被扬声器播放的程度。
此外，差动放大电路还可以用于测量仪器中，例如电压表、电流表等。
三、差动放大电路的常见问题解决方法1. 电路失真：差动放大电路有时会出现电路失真的情况，这可能是由于电容电压过高或者晶体管的工作状态不稳定造成的。
要解决这个问题，可以适当减小电容电压或者更换晶体管。
2. 电源噪声：电源噪声对差动放大电路的影响非常大，会导致输出信号的失真。
为了解决这个问题，可以采用滤波器来滤除电源噪声。
3. 温度漂移：温度漂移是指电路在不同温度下输出信号的变化。
要解决这个问题，可以采用温度补偿电路来进行调整。
总之，差动放大电路是一种常见的电路，它可以将微弱的信号放大到可以被其他电路处理的程度。
通过了解差动放大电路的工作原理和应用场景，我们可以更好地理解它的作用和意义。
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
voc1 voc2
T2
RB
vic
vee REE –VEE
iee
双电源长尾式差放电路分析
RL 共模分析的处理: 共模分析的处理:
RL等效为开路线
REE对共模信号作用: 模信号作用:
vic ↑
ic1 ic2 ↑
iee
vee ↑ 问题： 问题：负载影 响共模放大倍 数吗？ 数吗？
Avd =
Avc =
RC RL + + vi1 T1 vo
RC
β ( RC //
rbe
RL ) 2 = 48
T2 vi2
+
RC 10 = = 0.22 2 REE 2 * 22.6
KCMR = 217
REE VEE
4、vo1, vo 2 , vo
vo = vo1 vo 2 = 960sin ωt (mV )
差分放大器两输出端的电压分别为 1 1 vo1 = voc + vod = Avcvic + Avd vid 2 2 1 1 vo2 = voc vod = Avcvic Avd vid 2 2 差分放大器双端输出电压为
vo = vo1 vo2 =vod = Avd vid = Avd (vi1 vi 2 )
双电源长尾式差放电路
单端输出
vod 1 Avd 1 = vid
Avd 2 vod 2 = vid
差模电 压增益
双端输出
RL 2
RL β ( RC // ) vod 1 2 = = 2vid 1 2rbe RL β ( RC // ) vod 2 2 = = 2vid 2 2rbe
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为了表示由于温度变化引起的漂移，常把温度每升高 1oC时，输出电压的变化量ΔUo按放大电路的总增益Au折 合到输入端的等效输入漂移电压ΔUi作为温漂指标。
温漂是直接耦合放大电路所特有的现象，也是最棘手 的问题。人们采用各种补偿措施来抑制温漂，其中最有 效的方法是使用差动放大电路来抑制零点漂移。
1.2 差动放大电路的对零点漂移的抑制
VEE
图 8.10 差模输入电路
VCC
ic1
ic2
Rb
uic
ui1 ib1
Rc
Rc
uoc
T1
T2
ie1
ie2
Rb ib2 ui2
Re
VEE
图 8.11 共模输入电路
差模输入时，ui1 = - ui2，由于两管的输入电压方向 相反，流过两管的电流方向也相反。一管电流增加，另 一管的电流减小，在电路完全对称的条件下，ic1增加的 量与ic2减小的量相等，所以流过Re的电流变化为零，则 URe = 0。可以认为：Re对差模信号呈短路状态，交流通 路如图8.12所示，由图可以看出，当从两管集电极取电 压时，其差模电压放大倍数表示为
故输出电压
uo UC1 UC2 0
由此可知，输入信号为零时，基本差动放大电路的输 出信号电压uo也为零。
VCC
Rb1 ui1
Rc1
Rc2
T1
T2
RP
Rb2 ui2
Re VEE
图 8.9 基本差动放大电路
2. 抑制零点漂移的演示
演示过程如下：
（1）当将两输入端与地连接即uபைடு நூலகம் = 0时，将万用表直 流电压挡接在输出端，此时会发现，万用表的指针几乎 不动，即Uo = 0 。如果有偏差，可通过调节电位器RP 弥 补因两管参数误差造成的不对称性，可使输出电压Uo = 0。
产生零点漂移的原因是电源电压的波动，元器件参 数的变化，特别是环境温度的变化。当输入级放大电路 的Q点由于某种原因而稍有偏移时，输入级的输出电压会 发生微小的变化，这种缓慢的微小变化就会被逐级放大， 致使放大电路输出端产生较大的漂移电压，而且级数越 多，漂移越大；当漂移电压的大小可以和有效信号电压 相比拟时，就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压， 严重时甚至漂移电压会淹没有用信号，使放大电路无法 工作。因此，设计电路时必须对此现象加以抑制。
电工电子技术
差动放大电路
1.1 直接耦合放大电路的的问题 在直接耦合放大电路中，由于级与级之间无隔直电容，
因此各级的静态工作点相互影响，从而要求在设计电路 时，合理安排，使各级都有合适的静态工作点。
若将直接耦合放大电路的输入端短路（ui = 0），理 论上讲，输出端应保持某个固定值不变。然而，实际情 况并非如此，输出电压往往偏离初始静态值，出现了缓 慢的、无规则的漂移，这种现象称为零点漂移。
Aud
uod uid
uod1 uod 2 ui1 ui2
2uod1 2ui1
Re
rbe Rb
公式 （8-9）
当在两个管子的集电极接上负载RL时，
Aud
RL'
rbe Rb
公式 （8-10）
差动放大电路是集成运算放大器的基本组成单元。利 用差动放大电路可以克服直接耦合放大电路的零点漂移 现象。
如图8.9所示为基本差动放大电路，它是由两个电路 参数和管子特性完全队称的共射极放大电路组成的。输 入信号ui1和ui2从两个晶体管的基极输入，称为双端输入， 输出信号从两个集电极之间取出，称为双端输出。Re为 差动放大电路的公共射极电阻，用来决定晶体管的静态 工作电流和抑制零漂。Rc1、Rc2为集电极负载电阻，电 路采用VCC、VEE双电源供电。RP是调零电位器，保证零 输入时为零输出，在做分析时我们可以将其去掉。
1.3 差动放大电路的电压放大倍数
从理论上讲，差动放大电路的参数是对称的，因此， 在分析时，为了方便，可将图8.9中的电位器去掉。
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 反的信号，即ui1 = - ui2时，这种输入方式称为差模输入， 所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号用uid来 表示。差模输入电路如图8.10所示，由图可得
uid ui1 ui2
共模信号为两输入信号的算术平均值，用uic表示，即
uic 12(ui1 ui2 )
于是，加在两输入端上的信号可分解为
ui1
uid 2
uic
ui2
uid 2
uic
Rb ui1 ib1 uid ui2
VCC
ic1
ic2
Rc
Rc
uod
Rb
T1
T2
ib2
ie1
ie2
Re
（2）若用一只手捏住一只管子的管壳（相当于给一 只管子加热）时，你会发现，万用表的指针慢慢偏转， 说明此时的输出电压已经不为零了。
（3）若用两只手同时分别捏住两只管子的管壳（相 当于给两只管子同时加热）时，万用表的指针指向零， 说明输出电压为零。
演示现象分析：
演示步骤（1）我们可以通过前面的静态分析知道。
在演示步骤（2）中，当用手捏住一只管子的管壳时， 由于只给一只管子加热，两管参数变化不同，两管集电 极电压变化不同，因而其输出电压不为零，产生了零点 漂移。
在演示步骤（3）中，当用两只手同时捏住两只管子 的管壳时，由于给两管同时加热，两管参数的变化是相 同的，两管集电极电流的变化是相同的，两集电极电压 的变化也是相同的，因此其输出电压为零，输出电压没 有漂移。可以看出，差动放大电路是利用电路的对称性 来抑制零点漂移的。
1. 静态分析
当没有输入信号电压时，即ui1 = ui2 = 0，由于电路
完全对称，所以Rc1 = Rc2 = Rc，UBE1=UBE2=UBE，
这时
I C1
IC2
IC
IB
•
VEE U BE
(1 )Re
•
当β >> 1时
IC
VEE U BE 2Re
U C1 U C 2 VCC IC Re
1 ui1 ui2 2 uid
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 同的信号，即ui1 = ui2时，这种输入方式称为共模输入， 所输入的信号称为共模输入信号。共模输入信号用uic来 表示。共模输入电路如图8.11所示，由图可得
ui1 ui2 uic
在差动放大电路两输入端输入的信号大小不等时，此 时，可将其分解为差模信号和共模信号。差模信号为两 输入信号之差，用uid表示，即