5章差动电路14讲
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。
差动放大电路原理介绍
从电路结构上说，差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路组成。
由于电路具有许多突出优点，因而成为集成运算放大器的基本组成单元。
一、差动放大电路的工作原理最简单的差动放大电路如图7-4所示，它由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。
在该电路中，晶体管T1、T2型号一样、特性相同，RB1为输入回路限流电阻，RB2为基极偏流电阻，RC为集电极负载电阻。
输入信号电压由两管的基极输入，输出电压从两管的集电极之间提取(也称双端输出)，由于电路的对称性，图7-4 最简单的差动放大电路C2，即。
由以上分析可知，在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。
抑制零点漂移是差动放大电路最突出的优点。
但必须注意，在这种最简单的差动放大电路中，每个管子的漂移仍然存在。
2．动态分析差动放大电路的信号输入有共模输入、差模输入、比较输入三种类型，输出方式有单端输出、双端输出两种。
(1)共模输入。
在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，即，这种输入方式称为共模输入。
大小相等、极性相同的信号为共模信号。
很显然，由于电路的对称性，在共模输入信号的作用下，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。
说明差动放大电路对共模信号无放大作用。
共模信号的电压放大倍数为零。
(2)差模输入。
在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压，即ui1= -ui2 ,这种输入方式称为差模输入。
大小相等、极性相反的信号，为差模信号。
，导致集电极电位下降T2管的集电极电流减小，导致集电极电位升高(，由于 = ，若其输出电压为uo = Au(ui1- ui2).ui1 - ui2的差值为正，说明炉温低于1 000 ℃，此时uo为负值；反之，uo为正值。
我们就可利用输出电压的正负去控制给炉子降温或升温。
差动放大电路是依靠电路的对称性和采用双端输出方式，用双倍的元件换取有效抑制零漂的能力。
05章差动放大电路
U0
•
U id
Ib RL RB Ib rbe1Ib 0.5RP (1 )Ib
RL RB rbe1 0.5RP (1 )
60 5 40.6 2 1 0.05 61
3）求输入输出电阻。
Rid 2RB rbe (1 ) 0.5 RP 22 1 61 0.5 0.1 12.1
a) Ad
RC
RB rbe
150
b) Ad
RC
//
RL 2
RB rbe
75
c) Ad
RB
RC
rbe
Re
64.5
d ) Ad
RB
RC
//
RL 2
rbe (1 )RE
0.9
5-14、电路如上题图5-4所示，该电路的差模输入电阻Rid =（d ） a)rbe RB 4 b)RB rbe (1 )RE 327 .3
t (35 25) 10
温漂为U
i
U 0 Au t
100 mV / 40V /
25010
例5-2 电路如图5-1a所示，设图中 1 2 60 ，晶体 管的输入电阻 rbe1 rbe2 1,UBE 0.7V ，电位器RP的滑动头
在中间位置。试求：
RB
u i1 ui
ui2
12V
12V
解 1） 先画出图5-1a的静态通路（如图5-1b所示）。根据电路的静态通路，对左边的 基极回路列出方程
RBIB UBE 0.5RPIE 2RE IE 12V
IE (1 )IB
解上两式得
IB
RB
12 U BE (1 )(0.5RP
2RE )
2
12 0.7 61(0.05 10.2)
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
类比电路设计(05)如何设计差动增幅电路
類比電路設計（五）如何設計差動增幅電路宇量內容標題導覽：｜動作原理｜常用的差動增幅電路｜前章曾經介紹反轉增幅電路與非反轉增幅電路兩種基本增幅電路，接著要介紹有關差動增幅電路的設計技巧，同時探討影響同相信號除去比的參數(parameter)，因為同相信號除去比是差動增幅電路基本動作與性能重要指標，最後還要介紹應用於各領域的差動增幅電路結構。
由於反轉增幅電路與非反轉增幅電路只有一個輸入信號，因此只能增幅一個輸入信號，這種增幅電路又稱為single end輸入增幅電路。
如圖1所示所謂的差動增幅電路是指可將施加於兩個輸入端子的信號，差分增幅再輸出的電路而言，不過差動增幅電路卻無法將同時施加於兩個端子的信號增幅。
動作原理如圖1所示施加於增幅電路兩個輸入端子的信號可分成下列兩種，分別是:‧差動信號------施加於輸入端子之間的信號差分。
‧同相信號------共同施加於輸入端子的信號。
差動信號又稱為differential mode信號，或是normal mode信號；同相信號則稱為common mode信號，差動增幅電路除了可以消除common mode信號之外，同時還可以增幅信號。
圖1 差動增幅電路如圖2(a)所示從外部機器Ⓐ擷取信號輸入至機器Ⓑ進行增幅時，信號源(機器Ⓐ)與增幅電路(機器Ⓑ)的ground如何連接，往往成為棘手的問題，如果ground之間完全隔離變成高阻抗(impedance)狀態時，就可順利將信號增幅。
不過實際上機器Ⓐ與機器Ⓑ分別裝設在不同的筐體內，表面上ground看似完全分離，然而實際通電時(AC100V)其中必有一個電阻會被接通，若以以往的經驗而言，該現象有點類似碰觸到示波器的探針(probe)時出現的hum現象，所謂的「hum」是商用電源的基本頻率與它的高頻波噪訊的通稱，一般在實驗室眾多導線內的商用電源產生的hum，是由導體狀的人體承擔。
理論上示波器與人體如果與ground完全切離的話，就不會出現hum現象，不過實際示波器與人體之間被ground的阻抗呈接通狀，因此人體與ground之間可觀測出噪訊(圖中的V nc)。
【学习】第五章信号调理电路
一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
整理课件
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34
§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至
载波频率 f 0 处，幅值减半。
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从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
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g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 的高频成分，那
么将可以复现原信号的频谱 （幅值减小为一半），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。
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。
电路(第五版)._邱关源原著_电路教案设计
第5章 含有运算放大器的电阻电路● 本章重点1、理想运算放大器的两个特性；2、节点法分析含理想运算放大器的电阻电路。
● 本章难点分析电路时理解虚断、虚短的含义。
● 教学方法本章是通过一些典型电路讲述了含运算放大器的电阻电路的分析方法。
采用讲授为主，自学为辅的教学方法。
共用2课时。
通过讲例题加以分析，深入浅出，举一反三，理论联系实际，使学生能学会学懂。
● 授课内容运算放大器是一种电压放大倍数很高的放大器，不仅可用来实现交流信号放大，而且可以实现直流信号放大，还能与其他元件组合来完成微分、积分等数学运算，因而称为运算放大器。
目前它的应用已远远超出了这些范围，是获得最广泛应用的多端元件之一。
5.1运算放大器的电路模型一、电路符号a 端—－反相输入端：在o 端输出时相位相反。
b 端—－同相输入端：在o 端输出时相位相同。
o 端—－输出端A —－放大倍数，也称作“增益”（开环放大倍数：输入端不受o 端影响）。
''''''()o ao bo o o b a u Au u Au u u u A u u =-=⇒=+=-差动输入方式二、端口方程：()o b a u A u u =- 三、电路模型：i o ioR R R R ----输入电阻输出电阻高输入，低输出电阻，o b a au _+ +__a ub ua ii R R0u0,""0000,""a i b o b a b a i R i R u u u u a b A ≈⎫→∞⎬≈⎭→⎫-≈≈⎬→∞⎭理想状态下，虚断电流可以为，但不能把支路从电路里断开。
虚短，但不能在电路中将、两点短接。
四、常用接法理想化：u a ≈0。
“虚地”：可把a 点电位用0代入，但不能直接作接地处理。
5.2含理想运放的电路分析分析方法：节点电压法。
采用概念：“虚短”，“虚断”，“虚地”。
避免问题：对含有运放输出端的节点不予列方程。
一文解析差动放大器电路原理
一文解析差动放大器电路原理运算放大器广泛应用于各类型电子产品上面，用来对模拟量信号进行放大或衰减，使信号幅值达到一个合理的区间，供其它电路进行比较或采样。
差动放大器具有一个普通放大器不具备的优点：可对一个或多个不共地的信号进行检测，各个被测信号或放大器皆不受非等电位带来的影响，使各个被信号与放大器之间继续保持着“隔离”特性。
但这个这么好的优点却没有被仪器厂家重视。
目前绝大多数的示波器都无法对两个以上不共地信号进行同时检测，甚至只使用单通道时也无法直接测量非隔离的信号，例如220V市电，或220V整流后的电压，因为探头的地跟交流电地线是通的，一测就是短路。
假如前级采样采用差动放大器电路形式，此问题迎刃而解了。
不过福禄克的示波表倒是支持测量不共地信号，但它是不是用的差动放大电路，我就没去研究过了。
下图是整流器电压的采样电路，根据科技先躯们的经验，当两输入电阻相等，两反馈电阻也相等时（姑且把同相端电阻也称为反馈电阻），电路的放大比例为RF/RI，下图为10/1000，即0.01倍，衰减型电路。
教科书上的公式推导过程我看来看去硬是看不明白，数学没学好是我的硬伤，但我相信公式是正确的，因为我用我自己的理解方式计算过，也实验过，放大比例确实是RF/RI，下面我就分享一下我的推导方法，也是各电压点的计算方法，但是要注意的是，这个计算方法是针对被测信号与放大器不共地的时候用的，在共地的时候计算法又不同，后面我会讲到。
图中，受测电压为540VDC，上正下负。
我们知道，运放工作在放大区时，正反输入端电压是相等的（理想状态下完全一致，实际有少许偏差，偏差值由运放品质决定），即虚短，那受测信号的负载电流可以等效于右图，我们由此计算出受测信号回路电流，540V/2000K=0.27MA，红色箭头为电流方向，OK。
我们还知道，运放还有虚断特性，即正反输入端的电流几乎为0，可以忽略不计，那我们就可以断定，流经两输入电阻的电流与流经两反馈电阻的电流是一样的，即4个电阻的电流都为0.27MA。
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2 基本差动放大电路
（1）工作原理
差动放大电路
(动画6-2) (动画6-1)
1）静态时
vS1＝vS2＝0 VC1＝VC2
电路对称,有
IC1＝IC2
输出电压
v0＝VC1－VC2＝0
2）动态时
vS1≠0
vS2 ≠0
vs1＝vs2 , vo＝0 vs1≠vs2 , vo≠0
是指在两个 输入端加上幅度 相等， 相等，极性相同 的信号。 的信号。
性能要求： 放大两个输入信号之差。 不放大两个输入信号的平均值。
vo = Av d vsd + Avc vsc ≈ Av d vsd = Av d (vs1 − vs 2 )
直接耦合放大电路 零点漂移现象：∆uI＝0，∆uO≠0的现象。
举例:电路如图。 举例:电路如图。 求AVD、AVC、KCMR、Rid、Ro 已知 β1= β2= β3= β VBE1=VBE2=VBE3=VBE 恒流源交流电阻r 恒流源交流电阻re
恒流源差分放大电路
思考题: 思考题: ◇差动放大电路能抑制零点漂移的原因 是什么？ ◇ 恒流源的交流电阻re对共模电压增益 有什么影响？ ◇ 在画差模交流通路和共模交流通路时， re应如何处理？
5.1 电 流 源
1 三极管基本电流源 2 集成电路电流源 （1）镜象电流源 （2）微电流源 （3）多电流源
1.基本概念
双端输入 单端输入
双端输出 单端输出
输入信号分类： 输入信号分类： 差模信号 共模信号
是指在两个 输入端加上幅度 相等，极性相反 相等， 的信号。 的信号。 共模信号和差模信号示意图
Avd1 = ±
β (Rc // RL )
2(Rb + rbe )
②共模放大倍数Avc
（vs1＝vs2 ＝ vsc ）
vOC1 Ac1 = v vSC =− ≈− R +r +( +β)2r 1 b be e RC 2r e
共模交流通路
β RC
③共模抑制比
K CMR K CMR Avd = Avc
，或
Avd (dB) = 20 lg Avc
双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端 输出时共模抑制比
K CMR = − β R ' L / 2( Rb + rbe ) β re ≈ − R ' L / 2re Rb + rbe
④差模输入电阻、输出电阻
Rid = 2(Rb + rbe )
单端输出时，Ro = Rc R 双端输出时， o = 2Rc
Av d = −
βRc
Rb + rbe
差模交流通路
Av d
RL β ( Rc // ) 2 =− Rb + rbe
双端输入单端输出
Avd1 = −
β (Rc // RL )
2(Rb + rbe )
单端输入双端输出
RL β ( Rc // ) 2 =− Rb + rbe
Av d
单端输入单端输出
单端输入转换为双端输入
（2）主要指标计算
差动放大电路的差模工 作状态分为四种: 1. 双端输入、双端输出 （双----双） 2. 双端输入、单端输出 （双----单） 3. 单端输入、双端输出 （单----双） 4. 单端输入、单端输出 （单----单）
交流通路
① 差模电压放大倍数Avd
双端输入双端输出
（vs1＝-vs2 ）