模拟电子技术 CH6-2 差分式放大电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,(1),硅片上难以实现大电容,(2),可以放大直流或缓慢变化的信号,2.,零点漂移：,无输入信号时，输出仍有缓慢变化的电压产生。（可理解成,静态点的漂移,）,产生的原因：,1.,模拟集成电路级间采用直接耦合方式，为什么？,V,CC,波动、温度变化引起管子参数变化，元器件参数老化等引起的,Q,点漂移，其中，温度变化引起的漂移是主要的，,又称温漂,。,零漂：,引出,*,6.2,差分式放大电路,而对于,直耦式放大电路,，零漂却会逐级放大传递，,第一级漂移的影响最大,，而级数越多，增益越高，漂移越严重。,对于,RC,耦合放大电路,，由于级间有耦合电容，各级,Q,点是彼此独立的，前级的零点漂移不会传递到后级，所以，其,零漂不必考虑,。,当漂移电压的大小可以同有效信号相比拟时，输出电压产生很大误差，甚至无法分辨。,影响：,温漂指标,：,温度每升高,1,度时，输出漂移电压,按,电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。,例如,则第一级输出漂移,-10 mV,。,若第二级也有,-100 V,漂移,，,则第二级输出漂移,1V+10 mV,。,假设,第一级是关键,3.,减小零漂的措施：,用热敏元件进行温度补偿；,采用稳,Q,电路；,第一级,采用差分式放大电路。,漂移,100 V,漂移,-10 mV,漂移,1 V+,10 mV,漂移,1 V+,10 mV,*,若第一级有,100V,漂移,，,-100V,6.2.1,差分式放大电路的一般结构,1.,用三端器件组成的差分式放大电路,2.,有关概念,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,仅加入,差模信号产生的输出,仅加入,共模信号产生的输出,有,2.,有关概念,总输出电压,共模抑制比,反映抑制零漂能力的指标,1.,电路组成及特点：,1. T,1,、,T,2,对管（型号、参数相同）组成对称电路；,且,R,C1,= R,C1,= R,C,；,3.,两个电源供电：,+V,CC,、,V,EE,；,2. T,1,、,T,2,的,e,极,相连，接恒流源,恒流源的交流电阻,r,o,很大。,v,o,=,v,o,1,v,o2,称为双端输出电压。,4,、两个输入端、两个输出端。,此电路又称长尾电路,*,6.2.2,射极耦合差分式放大电路,(1),静态分析：,2.,工作原理：,Q,v,o,=,v,o1,v,o2,= 0,无输入信号时，,双端输出电压为,0,。,（v,i1,=,v,i2,= 0）,V,E,= - V,BE,= - 0.7V,则，,R,C1,I,C1,= R,C2,I,C2,，,*,(2),动态分析：,仅输入共模信号（大小相等、极性相同的信号）,即：,v,i1,=,v,i2,=,v,ic,两管完全对称，,i,C1,、,i,C2,同时,或同时,，且变化量相同，,则双端输出,v,o,=,v,o1,v,o2,= 0,*,此时，一管电流增加时，另一管电流减少，且变化量相同，,v,o,=,v,o,1,v,o2, 0,*,输入有差别，放大器才有动作（输出）,称为差动式或差分式放大电路。,仅输入差模信号（大小相等、极性相反的信号）,即：,v,i1,=,v,i2,=,v,id,/2,抑制零点漂移的原理,由于电路完全对称，,T,变化或电源的波动，将使两管的,I,C,、,V,C,产生相同的变化，双端输出电压基本不变。,即：,其效果相当于在两个输入端加入了共模信号,。,从而抑制了零漂！,*,注意,：,单端输出时共模增益非常小，也能很好地抑制零漂,总输出电压,双端输出时,（,1,）差模电压增益,A,VD,双入、双出：,3.,主要技术指标计算,一管电流一管电流，,且电流变化量相同。,流过恒流源,r,o,的变化电流,= 0,，,e,交流接地。,与单边共射放大电路相同，即以成倍的电路元件换取抑制零漂的能力,*,R,c,R,c,T,2,T,1,e,+,.,+,b,1,C,1,C,2,+,-,v,o,b,2,i2,= -,id,/2,i1,=,id,/2,v,i1,=,v,i2,=,v,id,/2,若双端输出接有负载时,R,L,中点为交流地,*,v,i1,双入、单出（输出电压取自,其中一管的,c,极）,：,接入负载时,为双入、双出差模电压增益的一半。,*,A,VD2,=,v,o2,v,id,v,o2,-2v,i2,=,而,单端输入,v,i1,=,v,id,，,v,i2,=0,等效于,v,i1,=,v,i2,=,v,id,/2,时的,双端输入。,单端、双端输出指标计算与双端输入相同。,（,r,e,：,发射结交流电阻）,可近似认为,r,o,交流不分流、断路。,则，,v,id,均分在两管的发射结上，,*, 双端输出：,共模增益, 单端输出：,（,2,）共模电压增益,A,VC,输入,v,i1,=,v,i2,=,v,ic,，,*,两管电流同时,或同时,则流过,r,o,的电流,I,o,=2,i,C,则对于每管而言，相当于射极接,2r,o,的电阻，其交流通路为：,差放单端输出时，抑制零漂能力也很强,r,o,（,恒流源交流电阻）很大,A,VC1,、,A,VC1,很,小,*,双端输出，理想情况,单端输出,（,3,）共模抑制比,抑制零漂能力越强,r,o,越大，,*,A,VD1,A,VC1,单端输出时的总输出电压,（,4,）频率响应,高频响应：,与单边共射电路相同，极间电容不可忽略。,高频时增益衰减,低频响应,：由于输入、输出信号直接耦合，低频响应非常好，,等同于中频增益，可放大直流信号。,双端输出时的总输出电压：,v,o1,=,v,id,A,Vd1,+,v,iC,A,VC1,v,o,=,v,id,A,Vd,+,v,iC,A,VC,=,v,id,A,Vd,设计时，应使,K,CMR,v,ic,v,id,这样,v,o1,几乎只放大差模信号,单端输出时有效抑制共模信号。,*,只放大差模信号,几种接法动态指标比较,输出方式,双出,单出,双出,单出,双端,输入,单端,输入,信号的输入方式,*,输出方式,双出,单出,双出,单出,*,双端,输入,单端,输入,几种接法动态指标比较,例：,电路如下图所示，所有晶体管均为硅管，,均为,60,，静态时,U,BEQ,0.7V,。,试求：,（,1,）静态时,T,1,管和,T,2,管的发射极电流。,解：（,1,）,T,3,管的集电极电流,I,C3,（,U,Z,U,BEQ3,）,/,R,e3,0.3mA,静态时,T,1,管和,T,2,管的发射极电流,I,E1,I,E2,I,C3,/2=0.15mA,*,（,2,）若静态时,u,O,0,，,则应如何调节,R,c2,的值才能使,u,O,0V,？,应减小,R,c2,。,当,u,I,0,时,u,O,0,，,T,4,管的集电极电流,I,C4,V,EE,/,R,c4,0.6mA,。,R,c2,两端电压及流经电流分别为,(3),若静态,u,O,0V,，则,R,c2,？电压放大倍数为多少？,=1V,=0.14mA,=7.14k,电压放大倍数求解过程如下：,例,解：,求,:,(1),静态,(3),差分电路的共模增益,共模输入电压,不计共模输出电压时,v,i,=5mV,时，求,v,o,= ?,4.,带有源负载的射极耦合差分式放大电路,静态,I,E6,I,REF,I,O,I,E5,输入差分信号后的交流通路,4.,带有源负载的射极耦合差分式放大电路,单端输出差模电压增益,单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益,若接负载,R,L,4.,带有源负载的射极耦合差分式放大电路,差模输入电阻,R,id,2,r,be,输出电阻,4.,带有源负载的射极耦合差分式放大电路,共模输入电阻,R,ic,1/2,r,be,2(1,),r,o5,6.2.3,源极耦合差分式放大电路,1. CMOS,差分式放大电路（带漏极有源负载）,6.2.3,源极耦合差分式放大电路,1. CMOS,差分式放大电路（带漏极有源负载）,双端输出差模电压增益,所以：,6.2.3,源极耦合差分式放大电路,1. CMOS,差分式放大电路（带漏极有源负载）,单端输出差模电压增益,g,m,v,id,（,r,ds2,|,r,ds4,）,(,r,ds2,|,r,ds4,),与,双端输出相同,g,m,(,r,ds2,|,r,ds4,),是单个共源电路一半,电路组成,差模增益,差模输入电阻,JFET T,1,、,T,2,：,差分对管；,BJT T,3,、,T,4,及,R,1,R,3,组成比例,电流源电路，作,r,o,；,单入、单出,大于,BJT,差放的 差模输入电阻,*,2. JFET,差分式放大电路,6.2.3,差分式,放大电路的传输特性,(,v,o,v,id,),*,i,c,与,v,id,的关系,可利用发射结的伏安特性 （过程见黑板）,由图可知，只在为,0V,T,的范围内,传输特性呈线性关系。,为扩大线性范围，可在射极串接电阻,R,e1,=R,e2,=R,e,。,线性区,i,C1,i,C2,转而研究,