差分放大电路和恒流源电路课件

上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础4.2.1 典型差分放大电路典型差分放大电路4.2集成运放中的基本单元电路集成运放中的基本单元电路1.电路组成电路组成+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)电路特点电路特点a.电路两边对称。电路两边对称。b.两管共用发射极电阻两管共用发射极电阻RE。c.具有两个信号输入端。具有两个信号输入端。d.信号既可以双端，也可以单端输出。信号既可以双端，也可以单端输出。+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础两个输入端信号电压的差值是有用的，称之为差模两个输入端信号电压的差值是有用的，称之为差模输入信号，因而该电路称为差分放大电路。输入信号，因而该电路称为差分放大电路。(2)信号的输入信号的输入+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)抑制零漂的原理抑制零漂的原理（T1和和T2 特性相同）特性相同）(a)当温度当温度T一定时一定时(uI1=uI2=0)a.电路双端输出电路双端输出+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)当温度增加当温度增加 时时在双端输出的情况下，漂移为零。在双端输出的情况下，漂移为零。+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 b.单端输出时单端输出时因射极电阻因射极电阻RE的负反馈作用的负反馈作用可以抑制零点漂移可以抑制零点漂移+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2静态分析静态分析直流通路直流通路+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础因为电路对称，所以因为电路对称，所以+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础列输入回路方程列输入回路方程由此可得由此可得因因+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.动态分析动态分析(1)小信号差模特性小信号差模特性差模信号差模信号记为记为当当 时的输入信号时的输入信号 +-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础差模输入时放大电路中的电流差模输入时放大电路中的电流 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由于由于电阻电阻RE上无交流电流，上无交流电流，T1、T2发射极虚地。发射极虚地。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础交流通路交流通路 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由于由于故故上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数a.双端输出双端输出上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.单端输出单端输出(a)输出输出uO1上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)输出输出uO2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.RL时时(a)双端输出双端输出负载电阻负载电阻RL的中点虚地的中点虚地由于由于上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础等效电路等效电路上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础Aud与单级共射极电路电压放大与单级共射极电路电压放大倍数相同。可见，差分放大电倍数相同。可见，差分放大电路是用路是用“数量换质量数量换质量”。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)单端输出单端输出从从T1的集电极输出的集电极输出输出与输入反相输出与输入反相上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础从从T2的集电极输出的集电极输出输出与输入同相输出与输入同相上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2)差模输入电阻差模输入电阻上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础a.单端输出时单端输出时求求Ro的等效电路的等效电路3)输出电阻输出电阻Ro上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.双端输出时双端输出时求求Ro的等效电路的等效电路上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2)小信号共模特性小信号共模特性共模信号共模信号记为记为当当uIc1=uIc2时的输入信号时的输入信号上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1)共模电压放大倍数共模电压放大倍数a.双端输出共模电压双端输出共模电压共模电压放大倍数共模电压放大倍数由由知知故故上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.单端输出单端输出 交流通路交流通路，上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础电压放大倍数电压放大倍数一般情况一般情况上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础一般情况中一般情况中故故上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础差分放大电路对共模信号有抑制作用，差分放大电路对共模信号有抑制作用，RE越大，抑越大，抑制共模信号的能力越强。制共模信号的能力越强。综上所述综上所述单端输出时单端输出时双端输出时双端输出时上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2)共模抑制比共模抑制比共模抑制比的定义共模抑制比的定义或者或者a.双端输出双端输出上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.单端输出单端输出因因上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3)共模输入电阻共模输入电阻 交流通路交流通路，上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础因为因为故故4)输出电阻输出电阻双端输出时双端输出时单端输出时单端输出时上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)任意输入信号的分解任意输入信号的分解既不是差模信号又不是共模信号的输入信号既不是差模信号又不是共模信号的输入信号任意信号任意信号+12差差 分分放放 大大电电 路路uI2_uI1_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础令令那么那么任意信号可以分解成差模和共任意信号可以分解成差模和共模信号两种性质的输入信号模信号两种性质的输入信号+12差差 分分放放 大大电电 路路uI2_uI1_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础差差分分放放大大电电路路12+uId_+uIc_+_+_2uId2uId任意输入信号分解示意图任意输入信号分解示意图+12差差 分分放放 大大电电 路路uI2_uI1_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础uI10 ，uI2=0特别的，对于特别的，对于单端输入单端输入即即或或uI1=0 ，uI2 0单端输入是一种特殊的双端输入形式单端输入是一种特殊的双端输入形式+12差差 分分放放 大大电电 路路uI_单端输入电路单端输入电路上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础)(2C1CuIdfii=、(4)大信号传输特性大信号传输特性1-1线性区线性区截止、截止、饱和区饱和区截止、截止、饱和区饱和区传输特性传输特性0246-2-4-6.0.10.9iC1、iC2UTuId/0.70.50.3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+-+-+-+-+-(12V)(+12V)ICUCc1c2(a)静态工作点静态工作点IC、UC之值之值；(b)uO及及KCMR之值之值；(c)若将若将RL接在接在C1对地之间，求对地之间，求UC、uO 及及KCMR；(d)Rid、Ric和和Ro之值。之值。例例 电电路路如如图图所所示示。设设T1、T2的的特特性性一一致致，=50，UBE=0.7 V，uIc=1 V，uId=50 mV，。试求：试求：上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 解解 为了计算简单，为了计算简单，设调零电位器设调零电位器RW的滑的滑动端在电位器的中间。动端在电位器的中间。(a)画出放大电路的画出放大电路的直流通路直流通路+-+-+-+-+-(12V)(+12V)ICUCc1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础直流通路直流通路(12V)(+12V)ICUCc1c2IEIBIB+-+-+-+-+-(12V)(+12V)ICUCc1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由图可得由图可得由上两式得由上两式得因因(12V)(+12V)ICUCc1c2IEIB上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础则有则有(12V)(+12V)ICUCc1c2IEIB上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)根据题意根据题意+-+-+-+-+-(12V)(+12V)ICUCc1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+-+-+-+-+-(12V)(+12V)ICUCc1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(c)当当RL在在C1对对地地之之间间时时经整理可得经整理可得(12V)(+12V)ICUCc1c2IEIBIRL上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+-+-+-+-+-(12V)(+12V)c1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+-+-+-+-+-(12V)(+12V)c1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(d)差模输入电阻差模输入电阻共模输入电阻共模输入电阻+-+-+-+-+-(12V)(+12V)ICUCc1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础输出电阻输出电阻Ro双端输出时双端输出时 单端输出时单端输出时+-+-+-+-+-(12V)(+12V)ICUCc1c2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础双端输出双端输出单端输出单端输出对于图示电路对于图示电路4.2.2 带恒流源的差分放大电路带恒流源的差分放大电路RE越大越大，KCMR越大，电路抑制共模信号的能力越强。越大，电路抑制共模信号的能力越强。+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础a.当当VEE一定，一定，IE减小，减小，rbe增增大，大，Aud减小。减小。c.在集成电路中不易制作较大阻值的电阻。在集成电路中不易制作较大阻值的电阻。RE太太大对电路的影响大对电路的影响b.为了维持为了维持IE不变，必须提高电源电压不变，必须提高电源电压VEE。+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础恒流源的主要特点恒流源的主要特点b.直流电阻较小直流电阻较小a.具有很大的交流等效电阻具有很大的交流等效电阻恒流源恒流源通常采用恒流源来代替通常采用恒流源来代替RE+-+-+-+-+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当iB恒定恒定，则则iC恒定恒定，晶体管相当于一个电流源。，晶体管相当于一个电流源。当晶体管工作在放大区时，当晶体管工作在放大区时，iC基本上与基本上与uCE无关无关，只取只取决于决于iB。晶体管恒流源晶体管恒流源晶体管恒流源工作原理晶体管恒流源工作原理RCE1rce1 uCE iC=+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础带恒流源的差分放大电路带恒流源的差分放大电路恒流源恒流源+-+-+-De+-上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础选择选择R1和和R2使使IBQ3恒定，恒定，则则IC3恒定。恒定。+-+-+-De+-IC3上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1电流镜电路电流镜电路T1和和T2特性相同特性相同(1)电路组成电路组成(2)电路特点电路特点(3)电路分析电路分析设设由于由于 UBE1=UBE2=UBE4.2.3 电流源电路电流源电路+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当2 时时所以所以 IB1=IB2=IB故故+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础T1和和T2特性相同特性相同(1)电路组成电路组成(2)电路特点电路特点(3)电路分析电路分析由图可知由图可知2比例电流源电路比例电流源电路+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由于由于故有故有+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3微电流源电路微电流源电路T1和和T2特性相同特性相同(1)电路组成电路组成(2)电路特点电路特点(3)电路分析电路分析由图可知由图可知+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由由得得故有故有+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例1 已知已知IR=0.73 mA，IC2=20 m mA，求，求RE=?解解 由由得得+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例2 在例在例1中，如果不用微电流中，如果不用微电流源，而采用电流镜，那么在源，而采用电流镜，那么在VCC=15 V时，欲获时，欲获IC2=20 m mA,求求R=?解解 已知已知IC2=20 m mA,则则R VCC/IR=750 kW WIR=20 m mA+上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础+-+-4电流源作有源负载的差分放大电路电流源作有源负载的差分放大电路(1)电路组成电路组成上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础代替代替RE，为，为T1、T2 提供合适、稳提供合适、稳定的静态工作点定的静态工作点代替代替RC，称，称有源负载有源负载电流镜电流镜比例电流源比例电流源+-+-上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础因为因为T5、T6 组成组成电流电流镜，所以镜，所以a.a.当当ui1=ui2时时(2)电路分析电路分析忽略忽略T5、T6的的基极电基极电流。则有流。则有 iC5 iC1+-+-上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 iO=iC6+iC2=iC5 iC1无共模信号输出无共模信号输出输出电流输出电流 0+-+-上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.当当uI1=uI2时时输出电流输出电流 iO=iC6+iC2=iC1+iC2=2 iC1负载上得到了双端输出的电流负载上得到了双端输出的电流+-+-上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础用电流镜取代差分放用电流镜取代差分放大电路的集电极电阻大电路的集电极电阻,以单端输出的电路形式，实现了双端输出的功能以单端输出的电路形式，实现了双端输出的功能。结论结论+-+-上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础利用多个晶体管组成复合管，可以得到较大的电流放利用多个晶体管组成复合管，可以得到较大的电流放大系数大系数 值。值。4.2.4 复合管电路复合管电路四种常见的复合管结构四种常见的复合管结构a.NPN管管+NPN管管b.PNP管管+PNP管管c.NPN管管+PNP管管d PNP管管+NPN管管上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础常见的复合管结构常见的复合管结构a.NPN管管+NPN管管T1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础等效管等效管T两个两个NPN型管可以复合成一个型管可以复合成一个NPN型管型管(a)等效等效管管T1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础由图可知由图可知(b)复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数 等效管等效管TT1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础而而由于由于等效管等效管TT1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础故故等效管等效管TT1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数等效管等效管TT1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础微变等效电路微变等效电路T1T2(c)复合管的输入电阻复合管的输入电阻rbeT1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础因为因为故故 复合管的输入电阻复合管的输入电阻T1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.PNP管管+PNP管管T1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础等效管等效管(a)等效等效管管两个两个PNP型管可以复合成一个型管可以复合成一个PNP型管型管T1T2T上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)复合管的复合管的 及及rbe等效管等效管T1T2T上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础T1T2c c.NPN管管+PNP管管上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础等效管等效管T(a)等效等效管管一个一个NPN和一个和一个PNP型管可以复合成一个型管可以复合成一个NPN型管型管T1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)复合管的复合管的 及及rbe等效管等效管TT1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础d.PNP管管+NPN管管T1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础等效管等效管T(a)等效等效管管一个一个PNP和一个和一个NPN型管可以复合成一个型管可以复合成一个PNP型管型管T1T2上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(b)复合管的复合管的 及及rbe等效管等效管T1T2T上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础RLT1uI+VCC_T2VEEuO+_4.2.5 互补推挽放大电路互补推挽放大电路1.电路组成电路组成2.电路主要特点电路主要特点(2)输出电阻小输出电阻小(3)动态范围大动态范围大(4)带载能力强带载能力强(1)T1、T2参数相同参数相同上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.工作原理工作原理(1)uI=0时时T1、T2截止截止uO=0(2)uI0时时T1导通导通、T2截止截止uO uIRLT1uI+VCC_T2VEEuO+_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础(3)uI0时时T1截止截止、T2导通导通uO uI4.输出动态范围输出动态范围5.电路存在的缺陷电路存在的缺陷 交越失真交越失真当输入电压小于发射结死区电压时，输出电压为零。当输入电压小于发射结死区电压时，输出电压为零。RLT1uI+VCC_T2VEEuO+_上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础D1RLT1uI+VCC_T2D2uO+_R1R2VEE克服交越失真的方法克服交越失真的方法给给T1、T2的发射结加一定的发射结加一定的直流偏置，使其工作在的直流偏置，使其工作在微导通状态。微导通状态。克服交失真克服交失真的互补电路的互补电路上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础思思 考考 题题1.差分放大电路中，单端输出与双端输出在性能上有差分放大电路中，单端输出与双端输出在性能上有 何区别？单端输入与双端输入在性能上有何区别？何区别？单端输入与双端输入在性能上有何区别？3.差分放大电路中为什么要用恒流源代替公共发射极差分放大电路中为什么要用恒流源代替公共发射极 电阻电阻RE?2.差分放大电路中，公共发射极电阻对共模信号有差分放大电路中，公共发射极电阻对共模信号有 什么影响？为什么？对差模信号有什么影响？为什么影响？为什么？对差模信号有什么影响？为 什么？什么？