差分式放大电路
双端输出的差分式放大电路
模拟集成电路
2017年4月
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§7-1 模拟集成电路的电流源 §7-2 差分式放大电路 §7-3 集成电路运算放大器 §7-4 集成电路运算放大器的主要参数 §7-5 放大电路中的噪声与干扰
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集成电路
在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器
件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路， 称为集成电路。 模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放 大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模 数和数模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其 他模拟集成电路等。 模拟集成电路一般是由一块厚约0.2-0.25mm的P型 硅片制成，称为基片。基片上可以做出包含有数十 个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。
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UCC Rr Ir T5 T1 T2 T3 T4 IC2 IC3 IC4
多路镜像电流源
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微电流源
在T2的射极电路接入电阻Re2，当
基准电流IREF一定时， IC2为：
VBE 1 VBE 2 VBE I E 2 Re 2 VBE IC 2 I E 2 Re 2
利用两管基-射极电压差VBE可以控 制输出电流IC2 。由于VBE的数值小, 故用阻值不大的Re2即可获得微小的 工作电流，称为微电流源。 当电源电压VCC发生变化时， IREF以及VBE也将发生 变化。由于Re2为数千欧，使VBE2 <<VBE1，以致T2的 VBE2值很小而工作在输入特性的弯曲部分，则IC2的变 化远小于IREF的变化。
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基本差分式放大电路
一个基本差分式放大电路由两
个特性相同的BJT T1、T2组成 对称电路，电路参数也对称， 即Rc1=Rc2=Rc等。 有两个电源+VCC和-VEE。 两管的发射极连接在一起并接 恒流源I0，恒流源的交流电阻 r0很大，在理想情况下为无穷 大。 如果电路有两个输入端和两个 输出端，称双端输入、双端输 出电路。
《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
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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
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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
（3）共模抑制比KCMR 在双端输出时，共模电压放大倍数，所以
KCMR是一个无穷大的数值，在单端输出时，可以 得到：
KCMR=
1.3 其他接法的差分放大电路
上节中的长尾式差分放 大电EE也要增大，这在集成 电路中不易实现；为了克服 这种困难，可以采用一个电 流源来代替Re。
基极电位为零。
IE＝
≈IC
UCC－（-UEE）＝ICRC+2IERe+UCE
UCE＝
3．抑制零点漂移的原理
静态时，ui1＝ui2＝0，即uid=0，由于电 路完全对称，UC1＝UC2，所以，uo=0，实现 了零输出。
当电源电压波动或者环境温度发生改变 时，两管的集电极电流和集电极电压将同时 发生同样的改变。其效果相当于在两个输入 端加入了共模信号，由于电路的对称性，在 理想的情况下，输出电压仍然保持不变，从 而抑制了零点漂移。
即可以有效的抑制零点漂移，提高共模 抑制比，同时发射极又不要求过高的负电压， 因此在集成电路中广为采用。
模拟 电子 技术 基础
（2）共模信号
双端输出
若输入信号为共模信号，即ui1＝ui2＝uic，称为共 模信号输入，由于两管的电流的变化方向一致，对电 阻Re而言，相当于每个管子发射极上面接了2Re的电 阻，双端输出时，由于电路对称，uo＝uc1－uc2＝0， 电压放大倍数为
单端输出 在单端输出的情况下，电压放大倍数为两个管子
在电路理想的情况下，输出信号电压可以表示为 uo＝AUD（ui1－ui2）＝AUDuid
通常称差模信号是两个输入信号之差，共模信号 是两个输入信号的算术平均值；分别表示为
uid＝ui1－ui2 uic＝（ui1＋ui2）/２
模电实验-差分放大电路
实验三—差分式放大电路实验内容：一、典型差分式放大电路性能测试实验电路如图，开关K拨向左边构成典型差分式放大电路。
1.测量静态工作点①调节放大电路零点信号源不接入。
将放大电路输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用万用表测量输出电压Vo，调节调零电位器Rp，使Vo=0.调节要仔细，力求准确。
②测量静态工作点零点调好后，用万用表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端的电压VBE，记录表中。
2.测量差模电压增益断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大电路输入A端，地端接放大电路输入B端构成差模输入方式，调节输入信号为频率f=1KHz的正弦信号，并使输出旋钮置零，用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）。
接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压Vi（约100mV），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表Vi,V C1,V C2,记录在表中，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V BE 随Vi改变而变化的情况。
2.测量共模电压增益将差分放大电路A、B短接，信号源接在A端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号f=1KHz,Vi=1V,在输出电压无失真的情况下，测量V C1、V C2的值记录下表，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V RE随Vi改变而改变的情况。
二、具有恒流源的差分放大电路性能测试将电路图中的开关K拨向右边，构成具有恒流源的差分式放大电路，重复一——2、3实验内容的要求，记录入上表。
典型差分式放大电路vi,vc1,vc2的图像：共模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系差模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系具有恒流源的差分放大电路vi,vc1,vc2的图像：差模输入vi与vc1相位关系左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系在共模输入时，V i增大，V RE增大；差输入时，V RE很小，V i变化时，V RE变化不明显。
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差分式放大电路
集成电路运算放大器 及单元电路5.1 多级放大电路
5.2 集成运放中的电流源5.3 差分式放大电路 5.4 集成电
路运算放大器
5.3.1 直接耦合放大电路中的零点漂移
uO
0
t
抑制零点漂移的方法： 1.引入直流负反馈以稳定静态工作
点。 2. 温度补偿。利用热敏元件补偿放大管的零漂。 3.使用差
分放大电路，利用电路的对称性结构，抵消器件参 数变化的影
响来抑制零漂。
5.3 差分式放大电路直接耦合放大电路中抑制零漂最有效
的电路是差分(动) 放大电路(差放)。直接耦合多级放大电路的前
置级广泛采用 这种电路。 VCC VCCRc1uO
(一)、工作情况图为差放电路原理 图，电路结构对称(两 Rb
T1 管特性相同，对应阻值 相同)。因而两边对应uO uI 静态工
作点相同。 ReVBBRc
Rc2
Rb1u I1
T1
T2
Rb2u I2
VBB
Re1
Re2
VBB
1. 抑制零漂原理双端输出时 在差分放大电路中 温度变化
两管集电极电流以及相应的 集电极电压相同的变化
在电路完全对称的情况下，双端输出(两集电极间)的电压可
以始终保持为零 抑制了零点漂移
5.3 差分式放大电路5.3.2 差分式放大电路组成及工作原理
1. 差模信号和共模信号u I1
差模信号 共模信号
uId =uI1 uI2
u I2
线性放大 电路
uO
1 uIc = (uI1 uI2 ) 2
线性放大电路方框图
差模电压增益 A u O d u O d ud u Id u I1 u I2 共模电压增
益 电路总的输出Auc uOc uOd uIc uI1 uI2 2
uO uOd uOc Aud uId Auc uIc
1. 信号输入差动式放大电路的输入情况可分为以下几类：
(1) 共模输入两个输入信号大小相等、极性相同，这种输入
称 为共模输入。
对于完全对称的差动放大电路，两个信号一样， 则集电极
变化相同，所以输出电压为零。 (2) 差模输入 两个输入信号大
小相等、极性相反，这种输入称 为差模输入。输入差模信号时，
两管的变化相反，输出电压为 单管变化量的两倍。
(3)
比较输入 两个输入信号即非共模也非差模，大小和极性任
意。常 做比较放大使用。 分析时常将比较输入分为共模分量uc
和差模分量ud 例：
ui1 10 mv ui 2 4mv ui1 ui 2 则uic 7 mv 2 uid ui1 ui 2 6 mv
输入 情况
5.3 差分式放大电路5.3.2 差分式放大电路组成及工作原理
VCCRc1uO VCC
Rc2
Rc1uO
Rc2
Rb1u I1
T1
T2
Rb2u I2u I1
Rb1
T1 Re
T2
Rb2u I2
VBB
Re1
Re2
VBB
VEE
基本差分放大电路
典型差分式放大电路
5.3.2 差分式放大电路组成及工作原理
2、典型差动放大电路差动式放大电路之 所以能抑制零漂，
是由 于电路的对称性。而实 际上完全对称是不可能 达到的；
另外，电路中 如果采用单端输出，漂 移根本无
法抑制。为此，我们常采用 长尾式差分电路(长尾 电路)。
Re的主要作用：引入负反馈，稳定电路工作点。
引入Re 后，由于负反馈的作用，使漂移进一步减小。显然
Re 越大，负反馈越强，抑制漂移就越显著。 凡是两管产生 同
向的漂移(零漂 或输入共模信号) 时， Re都具有电流 负反馈的
作用。从 而增强差动放大电 路抑制零漂和共模 信号的能力。
Re也 称共模反馈电阻。
而对于差模信 号，输入信号大小 相等，方向相反。 则他
们引起iE 的变 化也大小相等方向 相反,所以Re上的 总电流不
变。因此 Re 的上端电位不变， 交流等效接地。 也就是说对 于
差模信号， Re 不起作用，没有负 -VEE作用:已知Re越大越好，
VCC一定， Re 过大会使电流太小。所以用-VEE补偿Re两 反
馈。 端的压降。
5.3 差分式放大电路5.3.2 差分式放大电路组成及工作原理
差分式放大电路的输入和输出方式 VCCRc1 Rb1u I1 Re uO
VCCRc2 Rc1uO
VCCRc2
Rc1Rb2
Rc2uO
T1
T2
Rb2u I2 u I1
Rb1
T1
T2
Rb1u I1
T1
T2
Rb2
Re
Re
VEE
VEE
VEE
2 双端输入单端输出
3 单端输入双端输出
4 单端输入单端输出
5.3.3 差分式放大电路的静态分析差动放大电路有两种输入
情况(双入、单入),两种输 出情况(双出、单出)。所以一共可能有
四种输入输出情况。 下面以两种为例进行分析： 1. 双端输入―
双端输出双入时等效 于在每个输入端 各加了输入电压 的一半
(一端正、 一端负) 静态时由于 电路对称，负 载上无电流， RL
等效断开。
VCCRc u I1 Rb Rc Rb
u Od RL
T1 Re
T2
u Id 2u Id
u Id
静态分析 (Rb忽略)
u Id 2u I2
VEE
5.3.3 差分式放大电路的静态分析静态分析 (uI1= uI2=0)
I B1 I B2 I B;I C1 I C2 I C I E1 I E 2 I E;U C1 U C2 U C uO U C1
U C2 0
I Re I E1 I E2 2I E基极回路方程：
VEE Rb I B U BE 2I E ReVEE U BE IE IE IB IC IE 2 Re 1 U CE U
C U E VCC I C RC U BE因为Rb较小，且IB较小，故
5.3.4 动态分析
由于差模输入在电路 中引起的变化左右大小相 等方向相
反，所以E点及 负载电阻中点电位保持不 变。交流等效接地。
ui1 ui 2 ; uo1 uo 2RL Rc // uod uo1 uo 2 uo1 2 Ad uid ui1 ui
2 ui1 Rb rbe Rc 输入、输 若无负载： ri 2( RbAd rbe ) R 2r c ro
R 出电阻： b be
uo1 uo1 Rc 从Vo1输出：Ad ui1 ui 2 2ui1 2( Rb rbe ) uo 2
uo1 Rc 从Vo 2输出：Ad ui1 ui 2 2ui1 2( Rb rbe )
2 顺便可看出双入―单出(无负载)时的放大倍数：
5.3.4 差分式放大电路的动态分析
3. 单端输入双端输出 VCC
Rc1uo uI1 Rb1 uI Re T1 T2
VCCRc2 Rc1uo
Rc2
Rb2 uI2uI 2 uI 2
uI1 Rb1
T1
T2
Rb2 uI2uI 2 u I 2
Re
VEE
VEE
动态分析、参数指标同双端输入
5.3.4 差分式放大电路的动态分析
双端输入差分式放大电路5 共模信号工作情况 VCC
uI1 uI2 uIcu I1 Rb uIc
Rc
Rc
uOcT1 RL T2 Rb uIc Re
VEEu I2
5.3.4 差分式放大电路的动态分析
双端输入差分式放大电路5 共模信号工作情况双入双出共
模电压放大倍数Ric Rb iB rbe
Roc
iB2Re 2Re