模电课件33-2资料

第三章 多级放大电路第三章 多级放大电路3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进3 3.3.3 差差动动放放大大器器（重重点）点）差差动动放放大大的的指指导导思思想想：是是利利用用参参数数匹匹配配的的两两个个三三极极管管组组成成对对管管对对称称形形式式的的电电路路结结构构，进进行行补补偿，达到偿，达到减少零点漂移减少零点漂移的目的。的目的。+vCC3 3.3.3 差差动动放放大大器器（重点）（重点）+vCC主要特点：主要特点：a.两个输入端两个输入端,两个输出端两个输出端;b.元件参数对称元件参数对称;能有效地克服零点漂移能有效地克服零点漂移?特点：抑制温漂特点：抑制温漂 原理如下原理如下:vo=vC1-vC2 =0vo=(vC1+vC1 )-(vC2+vC2)=0当当vi1=vi2 =0 时，时，当温度变化时：当温度变化时：对称性对称性vC1=vC2 vC1=vC2+vCCRCR1T2RB voRCR1T1RB vi2vi1vC1vC23.3.2 差动放大器（重点）差动放大器（重点）vi1+VCCRCT1RBRCT2RBvi2REVEEvo1/2vidvicvic1.基本差动放大器输入信号分解模型基本差动放大器输入信号分解模型3.3.2 差动放大电路的特点和性能指标差动放大电路的特点和性能指标-1/2vidT1、T2完全对称，常称完全对称，常称“对管对管”（理想化）（理想化）2.差模信号与共模信号差模信号与共模信号任模信号：任模信号：共模信号：共模信号：1)共模信号共模信号-大小和极性都相同大小和极性都相同的输入信号的输入信号;common mode3)任模信号任模信号-既非共模既非共模,也非差也非差模模;但任模信号可分解为但任模信号可分解为共模信号和共模信号和差模信号的叠加差模信号的叠加.2)差模信号差模信号-大小相同但极性相大小相同但极性相同反的输入信号同反的输入信号;differential mode任模信号：任模信号：差模信号：差模信号：3.差放的主要性能指标差放的主要性能指标差模信号：差模信号：差模输出电压差模输出电压 ：当输入：当输入vid时的输出电压时的输出电压;差模电压增益差模电压增益:差模输入电阻：差模输入电阻：差模输出电阻：差模输出电阻：3.差放的主要性能指标差放的主要性能指标共模电压增益共模电压增益:共模信号：共模信号：共模输出电压共模输出电压 ：当输入：当输入vic时的输出电压时的输出电压;共模输入电阻：共模输入电阻：共模输出电阻：共模输出电阻：3.差放的主要性能指标差放的主要性能指标总输出电压总输出电压(叠加原理叠加原理):共模抑制比共模抑制比（越大，（越大，物理含义：放大差模信号和抑制共模信号的能力越强物理含义：放大差模信号和抑制共模信号的能力越强）(衡量差放的重要指标衡量差放的重要指标)差模电压增益差模电压增益:共模电压增益共模电压增益:1.结构结构 为了使左右平衡，为了使左右平衡，可设置调零电位器可设置调零电位器:3.3.3 差放的分析方法和工作特点差放的分析方法和工作特点特点：特点：对称形式的电路结构对称形式的电路结构,采用正负双电源采用正负双电源供电。供电。vovi1+VCCRCT1RBRCT2RBvi2REVEE3.分析步骤分析步骤1)静态静态(直流直流)分析分析;2)动态动态(交流交流)分析分析;差模分析差模分析画半电路差模交流通路画半电路差模交流通路 计算计算Avd、Rid、Rod 共模分析共模分析画半电路共模交流通路画半电路共模交流通路 计算计算Avc、KCMR、Ric 根据需要计算输出电压根据需要计算输出电压 双端输出双端输出：计算计算vo单端输出单端输出：计算计算vo1、vo2Q点的计算点的计算IBICICIB2IE1.静态分析静态分析vovi1+VCCRCT1RBRCT2RBvi2REVEEvoWP/2+VCCRCRBRCRB2REVEE2REWP/2Q点：点：ICIE (重点重点)IB=IC/vCE=VCC-IC(RC+2RE)-VEEVEE-VBE=IE(WP/2+2RE)+IBRB =IE(WP/2+2RE)+得：得：差放半电路分析法（重点）差放半电路分析法（重点）IBICICIBIEq 差模性能分析差模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLREE对差模视为短路。对差模视为短路。RL中点视为交流地电位，中点视为交流地电位，即每管负载为即每管负载为RL/2。直流电源短路接地。直流电源短路接地。RC+-vod1+-vid1RL2 2T1半电路差模交流通路半电路差模交流通路 1 1）半电路差模交流通路）半电路差模交流通路注意：关键在于对公共器件的处理。注意：关键在于对公共器件的处理。差模信号差模信号交流交流通路通路T1单边交流单边交流等效电路等效电路uod1RbB1EC1RL ib1ui1rbe1ib12 2）差模性能指标分析）差模性能指标分析差模输入电阻差模输入电阻=2Rid1=2rbe或或2(rbe+Rb)差模输出电阻差模输出电阻差模电压增益差模电压增益注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有 得到提高。得到提高。半电路差模交流通路半电路差模交流通路 RC+-vod1+-vid1RL2T1iid或或rbe+Rbq 共模性能分析共模性能分析T1+-+-VCCReevi1voVEE+-vi2RCRCT2RL每管发射极接每管发射极接2Ree。RL对共模视为开路。对共模视为开路。直流电源短路接地。直流电源短路接地。1 1）半电路共模交流通路）半电路共模交流通路因为流过因为流过RL的共模电流的共模电流ioc为为0。半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+-voc1+-vic1=vicT12Ree（2）对共模信号的抑制作用分析）对共模信号的抑制作用分析T1单边交流等效电路单边交流等效电路RCRb2Reeic1uc1uc2ib1 ib1ie1rbe1q 共模性能分析共模性能分析2 2）共模性能指标分析）共模性能指标分析共模输入电阻共模输入电阻共模输出电阻共模输出电阻共模电压增益共模电压增益半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+-voc1+-vic1=vicT12REE无意义无意义?因为流过因为流过RL的共模电流的共模电流ioc为为0。电路特点电路特点双端输出电路双端输出电路利用对称性利用对称性抑制共模信号。抑制共模信号。1.1.差动放大电路差动放大电路一般有两个一般有两个输入端：输入端：双端输入双端输入从两输入端同时从两输入端同时加信号。加信号。单端输入单端输入仅从一个输入端仅从一个输入端对地对地加信号。加信号。2.2.差分放大电路可以有两个输差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极出端，一个是集电极C1，另一个，另一个是集电极是集电极C2。双端输出双端输出从从C1 和和C2输出。输出。单端输出单端输出从从C1或或C2 对地输出对地输出。二二.差动放大器的输入输出方式差动放大器的输入输出方式7/1/2024.差动放大器的输入输出方式差动放大器的输入输出方式 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双入双出双入双出）(已讲已讲)2.双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双入单出双入单出）3.单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单入双出单入双出）4.单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单入单出单入单出）主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：差模电压放大倍数差模电压放大倍数 共模电压放大倍数共模电压放大倍数 差模输入电阻、输出电阻差模输入电阻、输出电阻分析方法分析方法-半电路分析法半电路分析法;(重点重点)三、差分放大电路的四种接法三、差分放大电路的四种接法 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但与双端输出时一样。但是是UCEQ1 UCEQ2。1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：Q点分析点分析1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：差模信号作用下的分析：差模信号作用下的分析1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：共模信号作用下的分析：共模信号作用下的分析1.1.双端输入单端输出双端输入单端输出：问题讨论：问题讨论（1）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（2）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？2.2.单端输入双端输出单端输入双端输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：3.3.四种接法的比较四种接法的比较：电路：电路参数参数理想对称条件下理想对称条件下P165输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。单端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。例例3.3.1 电路如侧。已知电路如侧。已知（1）Re的取值应为多少？的取值应为多少？T1和和T2管的管的UCEQ为多少？为多少？（2）试求）试求Au、Ri和和Ro;（3）若将电路改成单端输出（如图）若将电路改成单端输出（如图3.3.7），用直流表测得输），用直流表测得输出电压出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解解：（1）例例3.3.1 电路如侧。已知电路如侧。已知（1）Re的取值应为多少？的取值应为多少？T1和和T2管的管的UCEQ为多少？为多少？（2）试求）试求Au、Ri和和Ro;（3）若将电路改成单端输出（如图）若将电路改成单端输出（如图3.3.7），用直流表测得输），用直流表测得输出电压出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解解：（2）据）据(3.3.7)、(3.3.8)、(3.3.9)可得可得交流等效交流等效例例3.3.1 电路如侧。已知电路如侧。已知（3）若将电路改成单端输出（如）若将电路改成单端输出（如 图图3.3.7），用直流表测得输出电压），用直流表测得输出电压 uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。据据(3.3.12)、(3.3.13)、(3.3.14)可得可得解解：（3）因）因直流表测得的输出电压包涵静态和动态两部分！直流表测得的输出电压包涵静态和动态两部分！再据再据(3.3.16)可得可得忽略共模影响有：忽略共模影响有：四、差分放大电路的四、差分放大电路的改进改进 由前分析可知：由前分析可知：Re 越大，每一边越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，的漂移越小，共模负反馈越强，Ac越越小，小，KCMR越大，差分放大电路的性越大，差分放大电路的性能越好。能越好。但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以至于大，以至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。需在低电源条件下，需在低电源条件下，设置合适的设置合适的IEQ，并得到（等效），并得到（等效）趋于无穷大的趋于无穷大的Re。解决方法：采用解决方法：采用恒恒流源取代流源取代Re！RRuoui1RCT1RBRCT2RBIb2Ib1ic2ic1ui2E+UCC四、四、恒流源差放电路恒流源差放电路(重点）重点）电路结构电路结构(1):IE2R2T3R1R3-UEEIE1IC3(1).三极管构成的三极管构成的恒流源代替恒流源代替Re恒流源的差动放大电路恒流源的差动放大电路(1)ro很大很大恒流源的差动放大电路恒流源的差动放大电路(1)IE1IE2恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路(2).(2):三极管恒流源三极管恒流源简化画法简化画法电流源电流源代替差代替差分电路分电路中的中的REE+VCCRLR3R1R2ICICvi1V1+VCCV2RCR1vovi2RCVEER2R3IC3V3vi1V1+VCCV2RCvovi2RCVEEIC3恒恒流流源源差差动动放放大大电电路路图图(分析方法同上分析方法同上)带有稳压管的恒流带有稳压管的恒流源电路：源电路：恒流源的直流电流数恒流源的直流电流数值为值为:IE3=(VZ-VBE3)/Re 恒流源差分放大器恒流源差分放大器(3）V3、V4构成比例恒流源电路代替构成比例恒流源电路代替Ree恒流源差分放大器恒流源差分放大器(4)简化简化画法画法能调零的能调零的差分电路差分电路vi1V1+VCCV2RCvovi2RCVEER2R3IC3V3V4IREFIC4vi1V1+VCCV2RCvovi2RCVEEI0vi1V1+VCCV2RCvovi2RCVEEI0RPR11.恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源相当于阻值很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。是无穷。恒流源的作用（重点）恒流源的作用（重点）vi1V1+VCCV2RCvovi2RCVEEI0例例3 =100(1)求静态工作点求静态工作点(Si管管)(2)求电路的差模求电路的差模Avd、Rid、Rod解解(1)求求“Q”ICQ1=ICQ2=0.5 IC3VCEQ1=VCEQ2=6 0.42 7.5 =2.85(V)(电流源相当于开路电流源相当于开路,内阻很大内阻很大)vi1V1+VCCV2RCvodvi2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6V 6V100 100 7.5 k 7.5 k 6.2 k 例例3 =100(1)求静态工作点求静态工作点(2)求电路的差模求电路的差模Avd、Rid、Rod解解(1)求求“Q”ICQ1=ICQ2=0.5 I0(2)求求Avd、Rid、RodRod=2RC=15(k)vi1V1+VCCV2RCvovi2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6V 6V100 100 7.5 k 7.5 k 6.2 k 总结总结:恒流源的差动放大电路恒流源的差动放大电路指标比较指标比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出总结总结:恒流源的差动放大电路恒流源的差动放大电路指标比较指标比较3.3.3.33.3 互补输出级互补输出级二、基本电路二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。最大不失真输出电压最大。一、对输出级的要求一、对输出级的要求射极输出形式射极输出形式静态工作电流小静态工作电流小输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双电源供电时双电源供电时Uom的峰的峰值接近电源电压。值接近电源电压。单电源供电单电源供电Uom的峰值的峰值接近二分之一电源电压。接近二分之一电源电压。不符合不符合要求！要求！二、基本电路二、基本电路1.1.特征特征：T1、T2特性理想对称。特性理想对称。2.2.静态分析静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性 1.电路工作原理电路工作原理 当输入信号处于正半周时，且当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此幅度远大于三极管的开启电压，此时时NPN型三极管工作。有电流通过型三极管工作。有电流通过负载负载RL，按图中方向由上到下，与，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。假设正方向相同。当输入信号为负半周时，且幅度当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管工作。有电流通过负型三极管工作。有电流通过负 载载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，一个负半周轮流导电，在负载上将正在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。完整的不失真波形。ie1ie2电路存在的问题电路存在的问题实际测试波形实际测试波形ui-USCT1T2uo+USCRLiL输入输入波形图输入输入波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压 当输入信号当输入信号vi在在0VBE之间变化之间变化时，不足以克服死区电压，三极时，不足以克服死区电压，三极管不工作。因此在正、负半周交管不工作。因此在正、负半周交替过零处会出现一些替过零处会出现一些非线性失真非线性失真，这个失真称为这个失真称为交越失真交越失真。交越失真交越失真消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启电压电压 静态时静态时T1、T2处于临界导通状态，处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；有信号时至少有一只导通；偏置电路对动态性能影响要小。偏置电路对动态性能影响要小。三、消除交越失真的互补输出级 P1693.3.4 直接耦合多级放大电路读图一、放大电路的读图方法1.化整为零：按信号流通顺序将：按信号流通顺序将N级放大电路分级放大电路分为为N个基本放大电路。个基本放大电路。2.识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。有何特点。3.统观总体：分析：分析整个电路的性能特点。整个电路的性能特点。4.定量估算：必要时需估算主要动态参数。：必要时需估算主要动态参数。信号从放大管的哪个极输入信号从放大管的哪个极输入？又从哪个极输出？又从哪个极输出？二、例题第一级：双端输入单端输出的差放第一级：双端输入单端输出的差放第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级第三级：准互补输出级动态电阻无穷大动态电阻无穷大.化整为零，识别电路例例4:(4:(研究生入学试题研究生入学试题)如图所示为差动放大电如图所示为差动放大电路路,已知已知 r rbb bb=0,V=0,VBE BE =0.6V,=0.6V,值均为值均为 50 50，调节，调节 R Rw w 的滑动端的滑动端可调节该电路的差模可调节该电路的差模电压放大倍数电压放大倍数A Avdvd,问：当问：当R Rw w的滑动端调至的滑动端调至最上端时最上端时 A Avd vd=？11K 解：当解：当R Rw w的滑动端调至最上端时，的滑动端调至最上端时，11K分析：分析：该电路是恒流源差动放大电路，调整该电路是恒流源差动放大电路，调整Rw改变改变 c3值，相应值，相应 EQ1和和 EQ2改变，改变，rbe1和和rbe2 变化，可调节电压放大倍数变化，可调节电压放大倍数 Avd。11K 作业：作业：P182 3-5 3-7 3-8 单周单周三三:交作业交作业答疑答疑:学校统一安排学校统一安排(考试前考试前)课件下载网址：http:/202.115.21.138/wlxt(本校的网络学堂）（光电信息学院 模拟电路基础，钟建 教案 密码：502）