第3章第4讲(差动放大电路)

Re
VEE
图5.4具有射极公共电阻的差放电路
Re对差模信号的 放大倍数的影响: 在差模信号作 用下，两管得到 大小相等、极性 相反的输入信号， 于是一管电流增 大，另一管电流 减小，且变化量 相等,
2.电路的计算分析 •(1)计算静态工作点
Rc1 Rs1 +
ΔUO _
由于电路两边参 数完全对称，
Rc2
• • • • •
5.2 差动式放大电路
• 集成运算放大器是一种高放大倍数的直 接耦合多级放大器。 • 直接耦合方式的放大电路存在着温漂问 题，在多级放大器中，第一级的温漂影 响尤其严重，因此必须采取措施有效地 抑制温漂。 • 输入级大多采用差动式放大电路 (Differential Amplifier)
Rb1
B1
Rs1 T1
+ ΔUI1
差动放大 电路要放大信 Rc2 Rb2 Rc1 ΔUO 号时，输入信 Rs2 B 号Δ U 应加在 + + 2 I B1、B2两个输 T2 _ _ ΔUI2 + 入端上，如图 _ 所示。 +
ΔUI
ΔUI=ΔUI1 –ΔUI2
+VCC
5.2 差模输入差动放大电路
Rb1
ΔUOC2
+
图5-6输入共模信号的交流通路
从上式中可见，Re 使每边共模放大倍 数显著下降，即Re对共模信号有很强的 抑制作用，Re越大，负反馈的作用越强， 每管的漂移越小，则抑制共模信号的作 用就越强。
Rc1 Rs1
+
ΔUO _
Rc2 Rs2 VCC
RL
+ + T1 UE T2 ΔUI1 ΔUI2 _ _ IE1+ΔIE1 IE2+ΔIE2 IE1+IE2 Re VEE
Rs2 VCC
RL
+ + T1 UE T2 ΔUI1 ΔUI2 _ _ IE1 IE2
IE1+IE2 Re VEE
即T1和T2特性一致， Rc1=Rc2=Rc， Rs1=Rs2=Rs。
图5.4具有射极公共电阻的差放电路
Rc1
IB1 R s1
+
ΔUO _
Rc2
Rs2 IB2
T1 RL T2 + + + UE ΔUI1U_ BE ΔUI2 _ _ IE1 IE2
(1)静态分析
+VCC Rb1 Rs1 + ΔUI1 _ UC1 Rc1 + + ΔUO _ _
Rc2
UC2 T2
Rb2 Rs2 + ΔUI2
ΔUI1=ΔUI2 = 0， 两管集电极静态 值UC1=UC2，输出 电压ΔUO=0。
当T(℃)↑ Ic1↑ Ic2↑
T1
-
图5.1 基本差动放大电路
UC1 下 降 了 ΔUC1 ， UC2下降了ΔUC2。 由 于 电 路 对 称 ，
图 5.5 输入共模信号
Rs1
T1 Rc1
+ 2Re1 ΔUIC _
_
• 根据图5.6示交 流通路可知， + ΔUOC1 每边电路对共 模 信 号 ΔUIC 的 RL ΔU _ OC 放大倍数为:
+ _ ΔUOC2
ΔUIC
+ R s2
2Re2
Rc2
T2
_
U OC1 Auc1 U IC
Auc2 U OC2 U IC
5.1.2 集成电路分类
集成电路按功能可分为模拟集成电路 和数字集成电路两大类。 模拟集成电路按其特点分为集成运算 放大器、集成稳压器、集成功率放大器 等。
5.1.3 模拟集成电路的结构特点
• 由于制造工艺方面的原因，模拟集成 电路具有下面一些特点： 1 采用直接耦合方式。 2 采用差动放大电路。 3 用恒流源代替大阻值的电阻。 4 采用复合管的接法以改进单管的性能。 5 集成电路中的元件性能一致，特别适宜 于制作对称结构的电路。
根据图5.3可得在 + + 输入差模电压的 U C1 作用下， _ ΔUOd 每边管子的输出 电压为： _
U C1 U I1 AU1 1 U Id AU1 2
U C2 U I2 AU2 1 U Id AU2 2
Rb2
Rc2 U C2 _ T2 +
图5.3差模输入差动放大电路交流通路
+VCC Rb1 Rs1 + ΔUI1 _ UC1 Rc1
用Auc表示。
Rc2
UC2 T2
Rb2 Rs2 + ΔUI2
T1
+ + ΔUO
_ _
U OC Auc U IC
-
图5.1 基本差动放大电路
电 路 在 理 想 对称情况下， 双端输出时， Auc=0。 可 抑 制 共 模 信号。
(3)动态分析（差模输入）
+
_
ΔUI
5.2 差模输入差动放大电路
+VCC
Rb1 B1 Rs1 + ΔUI1 T1
Rc2 Rc1 ΔUO + + _ T2 _ + _
Rb2 Rs2 B 2 ΔUI2 +
在两边电路完全 对称的条件下， ΔUC1= -ΔUC2
ΔUO=(UC1+ΔUC1)
－(UC2+ΔUC2)
=2ΔUC1
ΔUI
Rb1
B1
Rs1 T1
+ ΔUI1
T1和T2的输入 电压Δ UI1和 Rc2 Rb2 Rc1 Δ UI2大小相等， ΔUO Rs2 B 极性相反,此时 + + 2 的输入信号Δ UI _ _ T2 称为差模信号 + ΔUI2 (Difference_ + mode Signal)， ΔUI 记为Δ UId：
+
图5.6 输入共模信号的交流通路
Rs1
T1
+ + ΔUOC
+ 2Re1 ΔUIC _
_ ΔUIC + R s2
Rc1 ΔU OC1 _ _ RL
负载电阻 RL 中 没 有 电 流流过，视 为开路。
2Re2
Rc2
T2
Auc1 Auc2 Rc _ Rs rbe (1 ) 2 Re
+
T1 Rb1
Rb2
T2
输入差模信号时， 差模输出电压 + ΔUOd与差模输 Rc1 入电压ΔUId之比 ΔUOd 称为差模电压放 大倍数，用Aud 来表示。
Rc2 _
图5.3差模输入差动放大电路交流通路
U Od Aud U Id
Rs1 +
T1 Rb1 Rc1
+ ΔUI1 _ ΔUId _ ΔUI2 _ + Rs2
因而两管电流之和 不变， 即Re上的总电流不变, 仍为2IEQ，在Re上没 有交流信号压降。 •所以对差模信号而 言，Re如同短路， •故Re不会影响差 模放大倍数。
图5.4具有射极公共电阻的差放电路
Rc1 Rs1
+
ΔUO _
Rc2 Rs2 VCC
RL
+ + T1 UE T2 ΔUI1 ΔUI2 _ _ IE1 IE2 IE1+IE2
Rs1
+ ΔUI1 _ ΔUId _ ΔUI2 _ + Rs2
+
T1 Rb1
得到差模放大 + 倍数为 ：
Rc1 ΔUOd
Rb2 T2 Rc2 _
U Od Aud U Id Au1 Au2
图5.3差模输入差动放大电路交流通路
3.存在问题
(1).不易实现电路的完全对称。 (2).在实际工程中，常要求单端输出信 号，不能抑制零漂。 (3).无论单端还是双端输出,严重的温漂会 使本级静态工作点进入饱和或截止区,使放 大电路不能正常工作.
Rb1 Rs1
Rc1 + + ΔUO
Rc2 UC2 T2
Rb2 Rs2 ΔUI2
UC1
T1
+ ΔUI1 _
_
_
图5.1 基本差动放大电路
•UC1和UC2的变化相 +VCC 同，因此输出电压 ΔUOC=0。 • 共模电压放大倍 数 (Common+ mode Gain)：当 输入共模信号时， 共模输出电压 ΔUOC 与 输 入 电 压ΔUIC之比 。
5.2.1 基本差动放大电路
1. 工作原理
Rb1 Rs1 + ΔUI1 _
Rc1
+ + ΔUO _ _
Rc2
Rb2 Rs2
组成：由两个相 +VCC 同的共射单管放 大电路组成。

+
UC1
T1
UC2
T2
ΔUI2
输入：从两个管子 基极，称为双端输入 方式。
集电极之间取出， ΔUO=UC1－UC2，称 为双端输出方式。
B1
Rs1
ΔUI /2 T1 +
在两边电路完全 对称的条件下， Rc2 Rb2 Rc1 输入信号Δ UI相 ΔUO Rs2 B 当于在两边电路 + + 2 的输入端均分， _ _ T2 因此 ΔUI /2 +
+ _
+VCC
ΔUI
5.2 差模输入差动放大电路
ΔUI1=ΔUI/2，ΔUI2= －ΔUI/2。
-
输出：从两个管子
图5.1 基本差动放大电路
+VCC Rb1 Rs1 + ΔUI1 _
Rc1
+ + ΔUO _ _