基于差分对管的差分放大电路设计
晶体管差分放大电路
晶体管差分放大电路一、引言晶体管差分放大电路是一种常见的电路设计，它在放大和处理信号时具有很大的优势。
本文将深入探讨晶体管差分放大电路的原理、结构和应用。
二、原理晶体管差分放大电路利用两个相反工作的晶体管（NPN和PNP）进行放大运算，它的工作原理如下： 1. 差分输入：差分放大电路有两个输入端，分别为正、负输入端，分别连接到一个晶体管的基极。
2. 差模放大：当正输入信号高电平时，正输入端的晶体管中的电流将增加，负输入端的晶体管中的电流将减少，导致差的电流将增大。
3. 共模抑制：对于共同的输入信号，差分放大电路将自动抵消掉，从而实现对共模信号的抑制。
4. 差模放大增益：差分放大电路对差模信号进行放大，可以得到较大的差模放大增益。
三、结构晶体管差分放大电路的结构一般由以下几个部分组成： ### 1. 输入级输入级由两个晶体管组成，一个为NPN型，一个为PNP型。
它们的基极分别连接到正负输入端，发射极连接到一个恒流源，集电极连接到电源电压。
2. 驱动级驱动级由中间级和输出级组成。
中间级由两个晶体管组成，一个为NPN型，一个为PNP型。
它们的基极分别连接到输入级的集电极，发射极连接到中间级的集电极。
输出级由一个NPN型晶体管和一个PNP型晶体管组成。
它们的基极分别连接到中间级的集电极，发射极连接到负载电阻。
3. 输出级输出级连接到负载电阻，通过对负载电阻的电流控制，实现对信号的放大。
四、应用晶体管差分放大电路广泛应用于各种领域，包括但不限于以下几个领域： ### 1. 通信领域差分放大电路可以用于信号的放大和传输。
在通信领域，它常被用于射频放大器、中频放大器和音频放大器等电路中。
差分放大电路可以提供较高的放大增益和良好的共模抑制能力，能够保证信号的质量和稳定性。
2. 信号处理领域差分放大电路可以用于信号的处理和处理。
在信号处理领域，它常被用于模拟信号的放大和数字信号的转换。
差分放大电路可以对信号进行精确的放大和处理，提高信号的传输质量和系统的性能。
差分放大电路[发明专利]
![差分放大电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/390a0730d15abe23492f4d76.png)
专利名称：差分放大电路
专利类型：发明专利
发明人：陈嘉澍
申请号：CN201710743761.X 申请日：20170825
公开号：CN107592079A
公开日：
20180116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种差分放大电路，包括：形成差分对结构的第一晶体管和第二晶体管；第三晶体管，其栅漏寄生电容与第一晶体管的栅漏寄生电容并联且二者极性相反；第四晶体管，其栅漏寄生电容与第二晶体管的栅漏寄生电容并联且二者极性相反。
本发明通过交叉设置晶体管，能够在差模和共模模式下对差分对管的栅漏寄生电容进行中和，从而降低了反向耦合效应、提高了差分放大器的稳定增益、并提高了差分放大器的稳定性。
与采用金属层叠电容的现有技术相比，本发明实施例的差分放大电路对工艺的依赖度更小，因此更容易保证用于去耦的晶体管与差分对管的栅漏寄生电容之间的匹配，并且更有利于规模量产的实现。
申请人：加特兰微电子科技(上海)有限公司
地址：201203 上海市浦东新区自由贸易试验区碧波路690号8幢501-10室
国籍：CN
代理机构：北京成创同维知识产权代理有限公司
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电子管差分放大电路设计及优势解析
差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。
由于集成电路中晶体管的一致性好，且大电容不易制造，差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。
电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多，但在音频领域内实际应用并不多。
其基本电路如上图所示。
当两个电子管的特性一致时，两管的屏流相等，两个输出端的电压幅值相等，相位相反。
由于阴极电阻R5的作用，在电子管的栅极输入信号时，一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少，并且增加量与减少量相等，而输出电压则是二者之差，这正是差分电路名称的由来。
但当电子管的工作点选择不当时，仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况，即放大器出现了失真。
当双端输出时，失真被抵销一大部分，而单端输出时，失真并不能被抵销，与单管放大器（工作点相同）差不多。
电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高，两管一致性越好，电路性能越好。
此外还与阴极电阻R5有关，R5越大，电路性能越好。
但阴极电阻大，相应要求负电源电压高。
例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ，若每管屏流为1mA，则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。
为此，也可采用在阴极电路接入恒流源的方法，如下图所示，但又增加了电路的复杂性，恒流源除可采用晶体管，也可采用恒流二极管或电子管，此时，阴极负电压只需10～20V。
在采用阴极电阻的情况下，电阻大小可用下式计算：R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压，VG为栅负压，I为单管屏极电流。
当｜VS｜｜VG｜时，可按R5＝VS2／2I选取电阻。
当电阻接入电路后，其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异，但不影响正常工作）。
较之单管放大器，电子管差分放大器有如下优点：1.省去了阴极旁路电路，电路频响可至OHz，成为直流放大器，但高端频响不变。
2.具有高的共模抑制能力，对共模干扰、噪声及电源电压变化不敏感。
《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
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
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
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
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
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
差分放大电路原理图
差分放大电路原理图
差分放大电路是一种常见的电路拓扑结构，用于将输入信号放大并增强其差分信号特性。
其原理图如下所示：
（以下仅对元件进行标注，无文字说明）
```
Vi1
│
▼
┌────────┐
┌──────┐ ──►│ │
│ │ ─│ Q1 │
Vi+ ─►│ Vin ├─┐ │ │
│ │ ├─►│ │
└──────┘ │ └────────┘
│ │
┌──────┐ │ │
│ │ ├─► ▼
Vi- ─►│ Vin ├─┐ │
│ │ ┌────────┐
└──────┘ ──►│ │
│ Q2 │
│ │
└────────┘
│
▼
Vo
```
该差分放大电路由两个输入端（Vi+和Vi-）和一个输出端（Vo）组成。
输入信号Vi1经过一个共射放大器Q1放大，而
输入信号Vi2经过一个共射放大器Q2放大，然后两个放大器
输出的信号通过负载电阻连接到输出端Vo。
通过调整输入信
号Vi1和Vi2的电压差异，可以实现对差分信号的放大和增强。
请注意，上述原理图没有标题。
原理图中各元件的具体参数和数值，以及其他详细的性能参数和计算公式等不在此范围内，因此不在原理图中进行说明。
实验3 差分放大电路设计实验
模拟电路课程设计报告题目：差分放大器设计专业年级：2012级通信工程组员：20121342104 王开鹏20121342105 王娜20121342107 王象指导教师：方振国2014年11月27日差分放大器设计一、实验内容设计一具有恒流源的单端输入一双端输出差动放大器。
VCC =12V，VEE=－12V，R L =20kΩ，Uid=20Mv。
性能指标要求R id>25kΩ，A vd≥25，K CMR>60Db。
二、实验原理图3.3.31、恒流源差分放大器在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进行放大，此时就不能用阻容耦合放大电路了。
为此，若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。
差分式直流放大电路是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。
为了改善差分式直流放大电路的零点漂移，利用了负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发时极回路接入了稳流电阻R E和负电源V EE，R E愈大，稳定性愈好。
但由于负电源不可能用得很低，因而限制了R E阻值的增大。
为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替R E，形成了具有恒流源的差分放大器，电路如图3.3.3所示。
具有恒流源的差分放大器，应用十分广泛。
特别是在模拟集成电路中，常被用作输入级或中间放大级。
图3.3.3中，V1、V2称为差分对管，常采用双三极管，如5G921、BG319或FHIB等，它与信号源内阻R b1、R b2、集电极电阻R Cl、R C2及电位器RP共同组成差动放大器的基本电路。
V3、V4和电阻R e3、R e4、R共同组成恒流源电路，为差分对管的射极提供恒定电流I o。
电路中R1、R2是取值一致而且比较小的电阻，其作用是使在连接不同输入方式时加到电路两边的信号能达到大小相等、极性相反，或大小相等、极性相同，以满足差模信号输入或共模信号输入时的需要。
晶体管V1与V2、V3与V4是分别做在同一块衬底上的两个管子，电路参数应完全对称，调节RP 可调整电路的对称性。
电子管差分放大电路设计及优势解析
差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。
由于集成电路中晶体管的一致性好, 且大电容不易制造, 差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。
电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多, 但在音频领域内实际应用并不多。
其基本电路如上图所示。
当两个电子管的特性一致时, 两管的屏流相等, 两个输出端的电压幅值相等, 相位相反。
由于阴极电阻R5的作用, 在电子管的栅极输入信号时, 一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少, 并且增加量与减少量相等, 而输出电压则是二者之差, 这正是差分电路名称的由来。
但当电子管的工作点选择不当时, 仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况, 即放大器出现了失真。
当双端输出时, 失真被抵销一大部分, 而单端输出时, 失真并不能被抵销, 与单管放大器（工作点相同）差不多。
电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高, 两管一致性越好, 电路性能越好。
此外还与阴极电阻R5有关, R5越大, 电路性能越好。
但阴极电阻大, 相应要求负电源电压高。
例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ, 若每管屏流为1mA, 则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。
为此, 也可采用在阴极电路接入恒流源的方法, 如下图所示, 但又增加了电路的复杂性, 恒流源除可采用晶体管, 也可采用恒流二极管或电子管, 此时, 阴极负电压只需10～20V。
在采用阴极电阻的情况下, 电阻大小可用下式计算:R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压, VG为栅负压, I为单管屏极电流。
当｜VS｜｜VG｜时, 可按R5＝VS2／2I选取电阻。
当电阻接入电路后, 其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异, 但不影响正常工作）。
较之单管放大器, 电子管差分放大器有如下优点:1.省去了阴极旁路电路, 电路频响可至OHz, 成为直流放大器, 但高端频响不变。
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基于差分对管的差分放大电路设计
差分放大电路是一种常见的电路设计，它可以将输入信号放大并输出到负载上。
差分对管是差分放大电路的核心部件，它由两个晶体管组成，可以将输入信号分别放大并进行差分运算。
在本文中，我们将介绍基于差分对管的差分放大电路设计。
一、差分对管的原理
差分对管是由两个晶体管组成的电路，它可以将输入信号分别放大并进行差分运算。
差分对管的原理如下：
1. 差分对管的输入信号被分别输入到两个晶体管的基极上。
2. 当输入信号为正时，一个晶体管的电流增加，另一个晶体管的电流减少。
3. 当输入信号为负时，一个晶体管的电流减少，另一个晶体管的电流增加。
4. 两个晶体管的输出信号被相加，得到差分输出信号。
二、差分放大电路的设计
基于差分对管的差分放大电路可以用于放大微弱的信号，例如传感器
输出的信号。
差分放大电路的设计如下：
1. 选择差分对管
差分对管的选择应该考虑到晶体管的参数，例如增益、带宽和噪声等。
常用的差分对管有2N3904和2N3906等。
2. 确定电路参数
差分放大电路的参数包括输入电阻、输出电阻、增益和带宽等。
这些
参数应该根据具体的应用需求进行确定。
3. 设计电路
根据差分放大电路的参数，设计电路图并进行仿真。
在仿真过程中，
应该考虑到电路的稳定性和噪声等因素。
4. 选择元器件
根据电路图，选择合适的元器件，例如电容、电阻和电感等。
在选择
元器件时，应该考虑到元器件的参数和质量等因素。
5. 组装电路
将元器件按照电路图进行组装，并进行测试。
在测试过程中，应该注意电路的稳定性和噪声等因素。
6. 优化电路
根据测试结果，对电路进行优化。
优化的方法包括调整电路参数、更换元器件和改变电路结构等。
三、差分放大电路的应用
差分放大电路可以用于放大微弱的信号，例如传感器输出的信号。
它还可以用于音频放大器、功率放大器和通信电路等领域。
在音频放大器中，差分放大电路可以提高音频信号的信噪比和动态范围。
在功率放大器中，差分放大电路可以提高功率放大器的效率和稳定性。
在通信电路中，差分放大电路可以提高通信信号的质量和可靠性。
总之，基于差分对管的差分放大电路是一种常见的电路设计，它可以
用于放大微弱的信号，并在音频放大器、功率放大器和通信电路等领域得到广泛应用。