《差分放大器》【教学版】
CMOS模拟集成电路设计ch差分放大器实用学习教案
共模(ɡònɡ mó)增益为：
Av,CM
RD / 2
1 / (2gm ) RSS
RD 2RSS
第14页/共30页
第十五页，共30页。
小信号共模特性—RD失配(shī pèi)对共模响应的影响
ห้องสมุดไป่ตู้
VX Vin,CM
1
gm 2 gm RS S
RD
VY Vin,CM
1
gm 2 gm RS S
( RD
RD )
input common mode range,
)是：
只要在ICMR范围内
所以(suǒyǐ)共模电平一般选
在
第8页/共30页
右侧(yòu cè) 附近
第九页，共30页。
定量分析(dìngliàngfēnxī)
大信号分析（略）
小信号分析(fēnxī)
方法一（叠加法）（略）
Rs＝1/gm2 第9页/共30页
当Vin1比Vin2更正时，差动对两侧情况正好 与上述情况相反。
第5页/共30页
6
第六页，共30页。
两个(liǎnɡ ɡè)特点：
输出端的最大电平和最小电平分别是VDD和 VDD-RDISS，与输入(shūrù)共模电平无关
第6页/共30页
7
第七页，共30页。
当Vin, CM＝0时，ID1=ID2=ID3=0， M1、
4.3 共模(ɡònɡ mó) 响应
差动电路对共模扰动影响具有(jùyǒu)抑制作用，理想差动电路 的共模增益为零；但是实际上有以下一些非理想的因素
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第十四页，共30页。
小信号(xìnhào)共模特性—RSS对共模响应的影响
VP随Vin,CM的变化而变化，若Rss为有限大小，则尾电流 随VP增加而增加， Vout1和Vout2会随之减小。 但如果电路完全(wánquán)对称，Vout1和Vout2仍然相等， 不会引入差分增益
差分放大电路教学设计
差分放大电路教学设计差分放大电路是一种常用的电路，它可以用于放大微弱的差分信号，同时抑制共模信号。
差分放大电路在实际应用中广泛应用于测量和信号处理领域。
以下是一个差分放大电路的教学设计：实验目的：通过设计差分放大电路，学习和掌握差分放大器的工作原理和特性。
实验器材：- 差分放大器芯片（例如OPA177）- 两个电阻（100欧姆）- 电路连接线- 示波器- 信号发生器实验步骤：1. 将差分放大器芯片与两个电阻连接，形成差分放大器电路。
2. 将示波器连接到差分放大器的输出端，用于观察输出信号。
3. 将信号发生器连接到差分放大器的输入端，用于提供输入信号。
4. 调节信号发生器的频率和幅度，观察差分放大器的输出信号变化。
5. 尝试不同的输入信号，如方波、正弦波等，观察差分放大器的输出信号变化。
6. 记录结果并分析差分放大器的放大倍数和频率响应。
实验讨论：1. 差分放大器的输入信号具有两个引脚，一个是非反相输入端（IN+），另一个是反相输入端（IN-）。
这两个信号的差值将放大并输出。
2. 差分放大器的输出信号是输入信号之间的差值，并且放大了一定倍数。
3. 差分放大器的放大倍数可以通过更改电阻的值来调整。
实验扩展：1. 尝试使用不同的差分放大器芯片，比较它们的性能差异。
2. 使用示波器观察并记录差分放大器的相位响应。
3. 修改电路，添加反馈电阻，实现差分放大器的增益控制。
总结：通过这个差分放大电路的教学设计，学生能够深入了解差分放大器的工作原理和特性，以及如何设计和调整差分放大电路。
这个实验还可以培养学生的实验操作能力和数据分析能力。
“差分放大器”教学设计
I 、组织教学：示意学生安静，准备开始上课。
II 、复习旧课，引入新课：三极管放大电路的基本接法亦称为基本组态，有共射（包括工作点稳定电路）、共基和共集三种。
共射放大电路以发射极为公共端，通过i B 对i c 的控制作用实现功率放大。
共集放大电路以集电极为公共端，通过i B 对i E 的控制作用实现功率放大。
共基放大电路以基极为公共端，通过i E 对i B 的控制作用实现功率放大。
III 、讲授新课：3.2 差分放大器1、直接耦合放大电路的零点漂移直接耦合放大电路的零点漂移主要是晶体管的温漂造成的。
在基本差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制温漂。
在长尾电路和具有恒流源的差动放大电路中，还利用共模负反馈或恒流源抑制每只放大管的温漂。
2、差动放大电路组成及特点1）电路组成差分放大器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。
“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等，即R c1=R c2，R b1=R b2，β1=β2，V BE1=V BE2，r be1= r be2， I CBO1=I CBO2。
2）电路特性（1）差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用；（2）差动放大电路对差模信号有放大作用；（3）共模负反馈电阻Re 的作用：①稳定静态工作点。
②对差模信号无影响。
③对共模信号有负反馈作用：Re 越大对共模信号的抑制作用越强；也可能使电路的放大能力变差。
3、差动放大电路的输入和输出方式1）差动放大电路可以有两个输入端：同相输入端和反相输入端。
根据规定的正方向，在某输入端加上一定极性的信号，如果输出信号的极性与其相R R b R b同，则该输入端称为同相输入端。
反之，如果输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。
2）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加入，称为单端输入。
3）信号的输出方式：差动放大电路可以有两个输出端：集电极C 1和C 2。
CMOS 模拟集成电路课件-差分放大器
21
• 6.5.3 采用MOS电流镜负载的差分对
• 大信号分析
– 当vD足够负，M1关断，没有电流流经晶体管M1，因此M3 关断，M4也关断。由于没有电流流经M4，M2和M5都工 作在深线性区，vDS2 ≈ 0，vDS5≈ 0，因此，vOUT ≈ 0；
– 当vIN1变化到与vIN2接近时，M1管导通，使得尾电流源的 电流ID5一部分流经M3，并且使M4开启，vOUT开始上升.
vIN1 （单位V）
vIN,CM=1.5V
vIN,CM=2V
2020/5/6
偏置电流和输出电平受VIN,CM影响！
6
• “差分对”
6.3 基本差分对
ID1+ID2独立于VIN,CM 如果vIN1=vIN2, ID1=ID2=ISS/2, 输出共模电平为VDD-RISS/2
2020/5/6
7
6.3 基本差分对
iD1
ISS 2
4
vD
4ISS
vD2
nCox (W / L)
iD2
ISS 2
4
vD
4ISS
vD2
可以得到最大差分电压范围,
| vD |≤
2ISS
| vD |≤
2
2iD1,2
2VOD1,2
当vIN1＝vIN2,
gm
(iD1 iD2 ) vD
vD 0
则差分增益
ISS
2nCox
W L
ISS 2
• 当vD为正时，流经M1管的电流大于流经M2管的电流，vOUT1
将小于vOUT2。对于足够正的vD，所有ISS都流经M1，此时，
2020/5/6
vOUT1 = VDD – RiD1 = VDD – RISS，而vOUT2 = VDD.
c24差动放大器 PPT课件
R'L
RS rbe ( 1 )2Re
R'L 2Re
KCMR——共模抑制比 (common mode rejection ratio)
KCMR
Avd Avc
，或
KCMR
20 lg
Avd Avc
dB
双出：
K CMR
单出：
K CMR
R'L / 2(Rb rbe ) R'L / 2Re
vi1vi 2 2
2m V (vsd2
-2m V)
vic 1 vic 2
vi 1 vi 2 2
8mV
四、 特点
抑制共模(零漂、干扰)
1、对称性(双出) 2、大Re (单出)
共模信号放大 倍数极小！
•放大差模
联体处为“差模地” 双出vo=2vo1(vo2 )(单出)
iRe=0
——动态计算（AV、Ri、Ro）
（一）差模参数（AVd、Rid、Ro） （二）共模参数（AVc、Ric、Ro）
与差放接法有关
四种接法
1. 双入双出 2. 双入单出 3. 单入双出 4. 单入单出
(一）差模参数（AVd、Rid、RO）
①双入双出差放
(1) Avd——差模电压放大倍数
Av d
vo vi1 vi2
vo1 2vsd 1
1 2
Av d 1
1 2
( Rc // RL )
Rb rbe
对臂输出，极性相反！
(2)差模输入电阻
Rid 2 Rb rbe
(3)输出电阻 Ro Rc
《差分放大器》【教学版】
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
动态分析的思路：
1.将双管电路化成单管电路，利用以前的结论来分析；
2.共模信号单独分析； 3.差模信号单独分析； 4.综合起来看电路对两种信号的综合作用； 将双管电路化成单管电路的关键： 1.合理处理射极公共元件RE 2.合理处理集电极负载RL
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
+ VCC
差模信号与共模信号：
差模信号：Ud=Uid1-Uid2 大小相等，极性相反的一对 信号: Uid1= - Uid2 共模信号: Uc=Uc1=Uc2
T1
Rc1
Rc2
uo
T2
ui1
ui2 大小相等，极性相同的一对信号, 用Uic1、Uic2表示，Uic1= Uic2
三、动态分析:
2 . 差模输入分析： ②单端输出： 此时，负载不属于公共元件， 无须处理； 输出信号却比双端的时候减 少一半； uid
Rc1
Rc2
+ VCC
T1 RL uo
T2
ui1
ui2
Re – VEE
uo uo 1 R'L Aud = uid 2ui1 2rbe1
Rc1 // RL RL
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
1 . 共模输入分析： ①双端输出：
V1
+VCC RC
uoc
RC
V2
uic1
uic2
【高中物理】优质课件：差分放大器 1
RC T1
+
vi1
+ vo -
RL
-
REE
RC T2
+
vi2 -
共模输入电阻 Ric rbe 2REE (1 )
共模输出电阻 无意义
共模电压增益
Avd
voc vic
0
10
❖电路特点：双端输出，电路对称，抑制共模信号
共模输入-单端输出（重点）
VCC
RC
T1
+
RL
+
-vo
vi1
-
REE
VEE
RC T2
性能特点（Ri，Ro，Av） 一、差模信号和共模信号
差模信号：指大小相等、极性相反的信号
表示为
vi1 = vi2 = vid / 2
差模输入电压 vid = vi1 vi2
共模信号：指大小相等、极性相同的信号
表示为
vi1 = vi2 = vic
共模输入电压
vic = (vi1 + vi2 ) / 2
RC + vo - RC
RC + vo - RC
T1
RL
T2
T1
+
T2
+
+
+
RL
vi1
-
REE
vi2
vi1
-
-
vi2
7
-
VEE
VCC
2、差模输入-单端输出（重点） RC
Rid 2rbe
T1
+
RL
+
-vo
vi1
-
REE
VEE
Rod RC // rce RC
差分放大电路教学设计
差分放大电路教学设计一、教学目标1. 掌握差分放大电路的基本原理和电路结构。
2. 理解差分放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等性能参数。
3. 能够分析和解决差分放大电路的常见问题。
4. 培养学生的实践操作能力和团队协作精神。
二、教学内容1. 差分放大电路的基本原理和电路结构：差分放大电路是一种常用的放大电路，其基本原理是利用两个参数相同、极性相反的放大器件，将输入信号进行差分放大。
电路结构通常包括输入端、输出端、差分对管和负载电阻等部分。
差分放大电路具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声等优点，因此在模拟电路中得到广泛应用。
2. 差分放大电路的性能参数及其计算方法：差分放大电路的性能参数主要包括放大倍数、输入电阻、输出电阻、共模抑制比等。
放大倍数是差分放大电路最重要的性能指标之一，其计算方法为输出电压与输入电压之比。
输入电阻和输出电阻分别是差分放大电路对输入信号和输出信号的阻碍作用，其值越高表明电路对信号的传输能力越强。
共模抑制比是指差分放大电路对共模信号的抑制能力，是衡量电路性能的重要指标之一。
3. 差分放大电路的常见问题及其解决方法：差分放大电路在使用过程中可能会遇到一些常见问题，例如温度稳定性问题、零点漂移问题、噪声问题等。
温度稳定性问题可以通过选用高质量的器件、优化电路结构等方法解决；零点漂移问题可以通过采用补偿电路等方法加以抑制；噪声问题可以通过选用低噪声器件、调整电路参数等方法降低。
此外，为了提高差分放大电路的性能，还可以采用一些先进的工艺和技术，如高精度制版技术、真空焊接技术等。
三、教学步骤1. 导入新课：通过实例介绍差分放大电路在信号处理和通信系统中的应用，从而引出本堂课的教学内容。
2. 理论讲解：讲解差分放大电路的基本原理和电路结构，介绍差分放大电路的性能参数及其计算方法，包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。
同时，引导学生思考差分放大电路的设计思路和实现方法。
3. 实验操作：通过实验演示差分放大电路的搭建和调试过程，让学生了解差分放大电路的实际操作方法和注意事项。
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共模抑制比：差分放大器的重要指标
CMRR K CMR
Aud Auc
Aud K CMR (dB) 20 lg Auc
KCMR (dB) 80(dB)
例如： CMRR 10000
因此：双端输出的共模抑制比CMRR=∞ 单端输出的共模抑制比:
K CMR
Aud1 Auc1
Re
rbe
2.共模信号单独分析； 3.差模信号单独分析； 4.综合起来看电路对两种信号的综合作用； 将双管电路化成单管电路的关键： 1.合理处理射极公共元件RE 2.合理处理集电极负载RL
主讲/设计/制作：谭诚臣
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三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
一、电路组成： 由于单端输出 的基本差分电 路无零漂抑制 能力，因此， 对基本差分电 ui1 路进行改进， 引入RE成为长 尾式差分电路。 长尾电路: long tailed pair
RC
+VCC
RC
uo
V1
V2
ui2
RE -VEE
主讲/设计/制作：谭诚臣
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二、基本差分电路的工作原理
+ VCC
四、对共模信号的抑制作用：
共模信号：uic1 = uic2 大小相等，极性相同 共模输入信号定义为：
T1
Rc1
Rc2
uoc
T2
uic1 uic2
uic = uic1 = uic2
uoc1 uoc2 Auc1 A u c2 uic1 uic2 uoc 0 对零点漂移有抑制能力！！！ 0 Auc uic uic
+ VCC
Rc1
uod
RL
Rc2
T2
uo Aud 1/2R uid2uL 2uid1 id
1/2RL
uid1
RC +VCC 2uR e od1 – VEE
RL rbe
等效电路如右： uid1 化成单管如图：
V1
uod1
RidV =2 2rbe1 Ro = 2Rc1
1 u Rod2 L Rc1 // 2 RL uid2
uo
V1 REE -VEE
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
差 分 电 路 工 作 原 理
1.
基本差分电路的组成 差分电路的四种接法 差分电路的差模放大作用 差分电路的共模抑制作用
2.
3. 4.
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@
知识点 1.共模电路分析 2.差模电路分析 3.共模抑制比 4.差分电路四种接法
知识点 1.恒流源电路 2.恒流源差分电路 3.静态分析 4.动态分析 5.改进电路
主讲/设计/制作：谭诚臣
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一、直流耦合要解决的主要问题
1. 零点漂移： 当ui=0时，uo≠0且无规律的现象，称为零点漂 移，简称零漂。 由温度引起的零漂称为温漂
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二、基本差分电路的工作原理
一、基本差分电路的组成：
由两个结构完全对称的 共射放大电路组成。 对称的意思： a.两个三极管的特性一致；
Rc1 Rc2
+ VCC
T1
uo
RL
T2
ui1 ui2
b.电路参数对应相等。
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难点
1.差分放大器性能指标的求解 2.恒流源电路
要求
1.熟练掌握基本概念 2.掌握差分放大的工作原理 3.学会分析差分电路的方法
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第六章：差分放大器
1.基本差分电路 2.长尾式差分电路 3.恒流源式差分电路
知识点 1.共模信号分析 2.差模信号分析 3.共模抑制比 4.差分电路类型
V2
uic2
共模信号交流通路
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三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
1 . 共模输入分析： ②单端输出： 其等效单管电路如图： 共模电压放大倍数：
共模输入电阻(输入端并联):
uic 1 Ric [rbe + (1 + )2 Re ] 2 ib 2
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二、基本差分电路的工作原理
+ VCC
差模信号与共模信号：
差模信号：Ud=Uid1-Uid2 大小相等，极性相反的一对 信号: Uid1= - Uid2 共模信号: Uc=Uc1=Uc2
T1
Rc1
Rc2
uo
T2
ui1
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三、长尾式差分电路的工作原理
二、静态分析:
RC ICQ1 V1 +VC
C VEE = UBEQ + IEE RE
RC +VCC
uo
UCQ1 IEQ1 RE UCQ2 IEQ2
RE IEE = (VEER– C C UBEQ) / R
ICQ2 V2
ICQ1 = ICQ2 uo (VEE – UBEQ) / 2RE UCQ1 = VCC – ICQ1RC UCQ2 = VCC – ICQ2 RE RC
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Hale Waihona Puke 第六章：差分放大器6.1 直接耦合要解决的问题
6.2 基本差分电路 6.3 长尾式差分电路 6.4 恒流源式差分电路 本章小结
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第六章：差分放大器
重点
1.零点漂移及其抑制 2.差分放大原理 3.恒流源差分电路
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电子信息类专业适用
模拟电子技术基础
每 天 进 步 一 点 点 ……
…… ……
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第六章：
( Differential Amplifier )
主讲/设计/制作：谭诚臣
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二、基本差分电路的工作原理
二、差分电路的四种接法:
输入方式 单端输入 双端输入 单端输出 输出方式 双端输出
ui ui T1
Rc1
uo uo
+ Rc2VCC
T2
RL
ui1 ui2
双端输入双端输出差分电路 双端输入单端输出差分电路 单端输入单端输出差分电路 单端输入双端输出差分电路
输入、输出的组合就构成了差分电路的四种接法！
T2
ui1
ui2
Re – VEE
uo uo 1 R'L Aud = uid 2ui1 2rbe1
Rc1 // RL RL
Rid = 2rbe
Rod = RC
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三、长尾式差分电路的工作原理
1 . 共模输入分析： ①双端输出：
V1
+VCC RC
uoc
RC
V2
uic1
uic2
对于共模输入：uic = uic1 = uic2 有:
ie2 ie1 R
VEE RC
E
ie1 = ie2
ue = 2ie1RE
uic1 V1
所以：等效电路如右；
uoc
RC
uoc = 0
Auc
uoc 0 uic
2RE 2RE
uoc Auc uic
≈
Rc1 rbe1 + 1 + β） 2Re （
RC V1
RC
V2
R c1 2 Re
uoc
2Re 2Re
uic1
uic2
显然：Re越大越好！
等效单管电路 共模信号交流通路
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显然：Re非常重要！
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四、恒流源式差分电路的工作原理
1 2
3 4 5
IE1 IE2
uRe=0
RL/2
ΔIRe = 0
Re = 0 Re = ∞
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虚短！ 虚断！
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三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
2 . 差模输入分析： ①双端输出： 差模信号：uid1 = - uid2
RL 1/2RL ; Re = 0 RC T1
ui2=uic2-uid2=uic-uid /2
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@
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二、基本差分电路的工作原理
+ VCC
三、对差模信号的放大作用：
差模信号：uid1 = – uid2 大小相等，极性相反 差模输入信号： uid uid2
T1
Rc1
信号的分解：根据定义 （如：ui1 = 32 mV，ui2 = 0V）
uid1=-uid2=uid /2
+ VCC Rc1
T1