差分放大电路课件

差分放大电路差分放大电路本节讨论差放电路的组成结构及其抑制零漂的原理差动放大器（差分放大器）是一种零漂非常小的电路，并且具有同相、反相输入端，非常适合作为输入级建议把差放看作是共射、共基、共集电路后的另一个基本放大器差放有四种组态，其结构相近，计算公式有小差异2、抑制零漂的几种方法选用高质量的硅管采用调制技术用温度敏感元件进行补偿用温度非线性元件进行补偿三极管补偿三极管差分放大电路1、零点漂移、零点漂移输入信号入信号为零零时，输出出电压不不为零且零且缓慢慢变化的化的现象。象。产生零漂的主要原因：生零漂的主要原因：（1 1）温度变化引起，也称温漂）温度变化引起，也称温漂（2 2）电源电压波动）电源电压波动假设假设T1和和T2对称，即两只三极对称，即两只三极管参数一致。静态时管参数一致。静态时Vo=Vc1Vc2=0V。当温度变化。当温度变化时，时，Vc1和和Vc2同步变化，仍旧同步变化，仍旧有有Vo=Vc1Vc2=0V。差分放大电路差动放大电路对温度变化引起的信号波动没有放大能力，即差动放大电路对温度变化引起的信号波动没有放大能力，即对温漂有抑制能力对温漂有抑制能力差分放大电路一般结构1、差模信号和共模信号的概念差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-vo差模信号差模信号共模信号共模信号根据根据有有 共模信号相当于两个输入共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。号大小相等，相位相反。用用vid、vic表示表示vi1和和vi2 差分放大电路一般结构1、差模信号和共模信号的概念差分放大电路一般结构1、差模信号和共模信号的概念差模电压增益差模电压增益共模电压增益共模电压增益差模信号产生的输出差模信号产生的输出共模信号产生的输出共模信号产生的输出差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图差分放大电路一般结构差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图总输出电压总输出电压1、差模信号和共模信号的概念当加入输入差模信号当加入输入差模信号 Vid时，时，T1输入电压提高输入电压提高Vid/2，T2输入电压降低输入电压降低Vid/2。放大后，放大后，T1输出电压降低输出电压降低Vo/2，T2输出电压提高输出电压提高Vo/2。差动放大电路差动放大电路由此可见：由此可见：即电路的差模电压放大倍数即电路的差模电压放大倍数等于单个共射放大电路等于单个共射放大电路的电压放大倍数。的电压放大倍数。差差动放大放大电路路放大差模信号当两个输入端并接到一起，当两个输入端并接到一起，且加入共模信号且加入共模信号Vic时，时，即仍有即仍有Vo=Vc1Vc2=0V，Avc=0。差差动放大放大电路路抑制共模信号两个三极管的温漂电流一致，两个三极管的温漂电流一致，类似于共模信号。类似于共模信号。显然，差动放大电路对差模显然，差动放大电路对差模信号具有放大能力，而信号具有放大能力，而对共模信号没有放大能对共模信号没有放大能力，即对温漂有抑制能力，即对温漂有抑制能力力差差动放大放大电路路差分放大电路一般结构差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图共模抑制比共模抑制比1、差模信号和共模信号的概念反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标差模电压增益差模电压增益共模电压增益共模电压增益差动放大电路差动放大电路小结小结差动放大电路抑制零点漂移的原理差模信号、共模信号的概念差分放大电路的特点：放大差模信号抑制共模信号共模抑制比KCMR差分放大电路p差分式放大电路的一般结构pFET差分式放大电路pBJT差分式放大电路p差分式放大电路的传输特性qFET差分放大电路1、MOSFET电路组成T1、T2对称对称源源极极共共用用电电流流源支路源支路qFET差分放大电路MOSFET差放电路2、静态工作点计算由由可求得可求得 VGSQ最后根据电路参数需要校验是否工作在饱和区最后根据电路参数需要校验是否工作在饱和区vi1和和vi2大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。vO1和和vO2大小相等，相位相大小相等，相位相反。反。vO=vO1-vO2 0，信号，信号被放大被放大3、动态分析：仅输入差模信号qFET差分放大电路MOSFET差放电路vi1和和vi2大小相等，相位相大小相等，相位相同。同。vO1和和vO2大小相等，相大小相等，相位相同。位相同。vO=vO1-vO2=0，双端无信号输出，双端无信号输出3、动态分析：输入共模信号qFET差分放大电路MOSFET差放电路qFET差分放大电路MOSFET差放电路4、动态指标计算：差模和共模放大能力（1）差差模模输输入入时时，流流过过源源极极公公共共支支路路的的电电流流不不变变，即即公公共共源源极极s电电位位没没变变化化相相当当于于s点点交交流流量量为为零零（交交流流通通路路s点点接接地地），即即vs=0，故故得得差差模模交流通路：交流通路：qFET差分放大电路MOSFET差放电路4、动态指标计算：差模输入 电路左右完全对称，相当于左右各带二分之一的接地负载电路左右完全对称，相当于左右各带二分之一的接地负载差模电压增益等于单边电压增益等于单边电压增益相位相位则由由Vo和和Vid的定的定义方向决定方向决定单边小信号等效电路（单边小信号等效电路（=0）若若 0其中其中以双倍的元器件换取抑制零以双倍的元器件换取抑制零漂的能力漂的能力qFET差分放大电路MOSFET差放电路4、动态指标计算：差模放大能力qFET差分放大电路MOSFET差放电路4、动态指标计算：差模放大能力差模输出电阻由两个漏极之间看进去的等效电阻由两个漏极之间看进去的等效电阻或或差模输入电阻 由由两两个个栅栅极极之之间间看看进进去去的的等等效效电电阻阻。两两个个管管子子栅栅源源极极之之间间是是串串联联结结构构，但但由由于于栅栅极极是是绝绝缘缘的的，所所以以输输入入电电阻趋于无穷。阻趋于无穷。Rid=qFET差分放大电路MOSFET差放电路4、动态指标计算：共模放大能力（2）共共模模输输入入时时，vi1和和vi2大大小小相相等等，相相位位相相同同，id1和和id2同同时时等等量量增增加加或或等等量量减减小小。流流过过源源极极公公共共支支路路的的变化电流是单边的变化电流是单边的2倍。倍。所所以以电电流流源源内内阻阻需需要要保保留留，公公共共源源极极s电电位位将将明明显显变变化化，这与差模输入情况有本质的区别，故得共模交流通路：这与差模输入情况有本质的区别，故得共模交流通路：共模交流通路可可将将源源极极公公共共支支路路等等效效到各自的源极到各自的源极共模信号的输入使两管共模信号的输入使两管漏极电压同向变化漏极电压同向变化理想情况下有理想情况下有共模增益qFET差分放大电路MOSFET差放电路4、动态指标计算：共模放大能力（3）电路抑制零漂的能力路抑制零漂的能力实际电路的路的Avc0。好的。好的电路路应当当对差模信号有足差模信号有足够的放大的放大能力，能力，对共模信号有足共模信号有足够的抑制能力。即的抑制能力。即Avd应当尽量当尽量大，而大，而Avc应当尽量小当尽量小或：或：越大越好越大越好qFET差分放大电路MOSFET差放电路（3）电路抑制零漂的能力路抑制零漂的能力共模抑制比通常用分共模抑制比通常用分贝表示：表示：即差模增益和共模增益之差。即差模增益和共模增益之差。KCMR越大，越大，说明明电路放大路放大能力和抑制温漂能力的差能力和抑制温漂能力的差别越越强强qFET差分放大电路MOSFET差放电路5、差放的四种接法双端输入双端输出双端输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出前面分析的电路为双端输入双端输出电路。这个电路可以视为标准差动放大电路qFET差分放大电路MOSFET差放电路RLqFET差分放大电路MOSFET差放电路与双入双出相比，输入状态与双入双出相比，输入状态不变，输出电压减半。即放不变，输出电压减半。即放大倍数减半大倍数减半1）、双端输入单端输出差模(vo2输出时无负号输出时无负号)或或输入电阻：输出电阻：qFET差分放大电路MOSFET差放电路1）、双端输入单端输出共模ro 是电流源的输出电阻（内阻）是电流源的输出电阻（内阻）若若 0，则还要考虑，则还要考虑rds的影响的影响输入电阻：输出电阻：qFET差分放大电路MOSFET差放电路1）、双端输入单端输出共模抑制比抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强2）、单端输入qFET差分放大电路MOSFET差放电路单端输入双端输入！vod voc 2）、单端输入qFET差分放大电路MOSFET差放电路双端输出时即，电路和双端输入双端输出时相同单端输出时，即，电路和双端输入单端输出时近似 差模增益的高频响应与共源电路相同；差模增益的高频响应与共源电路相同；由由于于公公共共源源极极上上电电流流源源的的等等效效阻阻抗抗随随信信号号频频率率升升高高而而减减小小，所所以以共共模模增增益益将将随随频频率率升升高高而而增增大大，则则共共模模抑抑制比随之下降。制比随之下降。差分放大电路6、差放的频率相应qFET差分放大电路MOSFET差放电路双入/单入双出双入/单入单出差模电压增益差模电压增益Avd共模电压增益共模电压增益Avc共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR差模输入电阻差模输入电阻Rid共模输入电阻共模输入电阻Ric输出电阻输出电阻Ro差分放大电路p差分式放大电路的一般结构pFET差分式放大电路pBJT差分式放大电路p差分式放大电路的传输特性pBJT差分式放大电路1、电路组成pBJT差分式放大电路2、静态工作点计算pBJT差分式放大电路3、动态计算：差模输入双入、双出双入、单出单端输入等效于双端输入输入电阻（与（与MOS管最明显的差别）管最明显的差别）输出电阻双出单出输入电阻pBJT差分式放大电路3、动态计算：共模输入RL输出电阻pBJT差分式放大电路共模抑制比双入/单入双出双入/单入单出pBJT差分式放大电路小结双入/单入双出双入/单入单出差模电压增益差模电压增益Avd共模电压增益共模电压增益Avc共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR差模输入电阻差模输入电阻Rid共模输入电阻共模输入电阻Ric输出电阻输出电阻Ro结论：结论：（*）双端输入双端输出双端输入双端输出标准形式（参考电路）标准形式（参考电路）双端输入单端输出双端输入单端输出输出电压减半，输出电压减半，Ro减半减半单端输入双端输出单端输入双端输出和标准电路相似和标准电路相似单端输入单端输出单端输入单端输出和双入单出相似和双入单出相似双端输入双端输出电路作为标准形式应当和共射电路的公式双端输入双端输出电路作为标准形式应当和共射电路的公式一起记忆一起记忆如果采用如果采用FET构成差放电路，则标准形式和共源电路的公式构成差放电路，则标准形式和共源电路的公式一起记忆一起记忆差动放大电路例例求：求：Re2Re2，AvdAvd，RiRi，RoRo解：解：差动放大电路差动放大电路差动放大电路q镜像像电流源作流源作负载的差的差动放大放大电路路q对差模信号，差模信号，iC1iC1被反射到被反射到iC4iC4，和，和iC2iC2同相送同相送给负载，弥弥补了了单端端输出出时增益的增益的损失失差动放大电路差分放大电路p差分式放大电路的一般结构pFET差分式放大电路pBJT差分式放大电路p差分式放大电路的传输特性p差分式放大电路的传输特性MOSFET差分式放大电路的传输特性根据根据vid=vGS1-vGS2可得传输特性曲线可得传输特性曲线 iD1，iD2f（vid）MOSFET差分式放大电路的传输特性BJT差分式放大电路的传输特性vid=vBE1-vBE2根据根据可得传输特性曲线可得传输特性曲线 iC1，iC2f（vid）p差分式放大电路的传输特性BJT差分式放大电路的传输特性