第讲-差分放大电路优秀文档

单击此处编辑母版标题样式,第十一讲 差分放大电路,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,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,五、具有恒流源的差分放大电路,六、差分放大电路的改进,一、零点漂移现象及其产生的原因,1.,什么是零点漂移现象：,u,I,0，,u,O,0,的现象。,产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。,克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路,共模抑制比,反映抑制零漂能力的指标,差分式放大电路中的一般概念,根据1、2两式又有,差分式放大电路输入输出结构示意图,+,-,v,i1,+,-,v,i2,+,-,v,o1,差放,v,o2,+,-,+,-,v,id,+,-,v,o,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,差模等效输入方式,差放,+,-,v,id,差放,+,-,v,id,(a),(b),共模等效输入方式,差放,+,-,v,ic,差模信号输出,共模信号输出,u,i,1,u,i,2,u,o,R,C,R,1,T,1,R,B,R,C,R,1,T,2,R,B,差动放大电路的引入,抑制零点漂移,u,o,=,u,C,1,-,u,C,2,=0,u,o,=(,u,C,1,+,u,C,1,)-(,u,C,2,+,u,C,2,)=0,当,u,i,1,=,u,i,2,=0,时,：,当温度变化时：,长尾式差动放大电路,为了使左右平衡，可设置调零电位器:,u,o,u,i,1,+U,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i,2,R,E,U,EE,一、电路,二、静态分析,温度,T,I,C,I,E,=2,I,C,U,E,U,BE,I,B,I,C,1.,R,E,的作用,设,u,i,1,=,u,i,2,=0,自动稳定,R,E,具有强负反馈作用,u,o,u,i,1,+U,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i,2,R,E,U,EE,抑制温度漂移，稳定静态工作点。,抑制共模信号：Re的共模负反馈作用,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,差模信号作用时的动态分析,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：,共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即,这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。,以双倍的元器件换取抑制零漂的能力,第十一讲 差分放大电路,动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR,Ube+I3R3=2UD+I2R2,需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。,同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。,指标计算与双端输入相同入,Q,点：令,u,I1,=,u,I2,=0,R,b,是必要的吗？,Q,点,晶体管输入回路方程：,通常，,R,b,较小，且,I,BQ,很小，故,三、动态分析,1.抑制共模信号,共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即,典型电路：差分放大电路,双端输入单端输出：差模信号作用下的分析,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,2)RW对动态参数的影响？,这种电路称为恒流源差动放大电路,什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。,恒流源差分式放大电路,差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。,其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。,温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,（2）Ui=10 mV，输出端不接负载时的UO；,差分式放大电路输入输出结构示意图,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：,温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。,1.抑制共模信号,：,R,e,的共模负反馈作用,R,e,的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号,对于每一边电路，,R,e,=?,如,T,(),I,C1,I,C2,U,E,I,B1,I,B2,I,C1,I,C2,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,2.放大差模信号,i,E1,=,i,E2,，,R,e,中电流不变，即,R,e,对差模信号无反馈作用。,差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即,为什么？,差模信号作用时的动态分析,差模放大倍数,3.动态参数：,A,d,、,R,i,、,R,o,、,A,c,、,K,CMR,共模抑制比,K,CMR,：,综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。,在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。,根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：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。,四、差分放大电路的四种接法,1.双端输入单端输出：,Q,点分析,由于输入回路没有变化，所以,I,EQ,、,I,BQ,、,I,CQ,与双端输出时一样。但是,U,CEQ1,U,CEQ2,。,1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析,1.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析,1.双端输入单端输出：问题讨论,（1）T,2,的,R,c,可以短路吗？,（2）什么情况下,A,d,为“”？,（3）双端输出时的,A,d,是单端输出时的2倍吗？,例1：已知下图 所示差分放大电路的,U,CC,=,U,EE,=12 V，,R,C,=3 k,，,R,E,=3 k,，硅晶体管的,=,100，求：（1）静态工作点；（2）,U,i,=10 mV，输出端不接负载时的,U,O,；,（3）,U,i,=10 mV,输出端接,R,L,=6 k,负载时的,U,O,。,（3）接负载时的差模放大倍数,当,U,i,=10 mV 时，,例2：求下图 所示电路中 的静态工作点和放大电路的差模电压放大倍数。设晶体管为硅管。,(3)差模电压放大倍数,2.,单端输入双端输出,共模输入电压,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：,在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？,2.,单端输入双端输出,静态时的值,差模输出,共模输出,问题讨论：,（1）,U,OQ,产生的原因？,（2）如何减小共模输出电压？,3.,四种接法的比较：电路参数理想对称条件下,输入方式：,R,i,均为2(,R,b,+,r,be,)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。,输出方式：,Q,点、,A,d,、,A,c,、,K,CMR,、,R,o,均与之有关。,以双倍的元器件换取抑制零漂的能力,共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。,电路组成及工作原理,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：,四种接法的比较：电路参数理想对称条件下,Ube+I3R3=2UD+I2R2,(4)当输出接一12k负载时的电压增益.,有源负载提供大动态电阻,同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。,由此看出，温度升高时，引起两集电极电流增加，使得流过Re上的电流增加，发射极电位上升，从而限制了集电极电流的增加。,第十一讲 差分放大电路,反映抑制零漂能力的指标,(4)当输出接一12k负载时的电压增益.,由此看出，温度升高时，引起两集电极电流增加，使得流过Re上的电流增加，发射极电位上升，从而限制了集电极电流的增加。,差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。,uo=(uC1+uC1 )-(uC2+uC2)=0,第十一讲 差分放大电路,五,、具有恒流源的差分放大电路,为什么要采用电流源？,R,e,越大，共模负反馈越强，单端输出时的,A,c,越小，,K,CMR,越大，差分放大电路的性能越好。,但为使静态电流不变，,R,e,越大，,V,EE,越,大，以至于,R,e,太大就,不合理了。,需在低电源条件下，得到趋于无穷大的,R,e,。,解决方法：采用电流源！,五,、具有恒流源的差分放大电路,等效电阻为无穷大,近似为,恒流,1),R,W,取值应大些？还是小些？,2),R,W,对动态参数的影响？,3)若,R,W,滑动端在中点，写出,A,d,、,R,i,的表达式。,六、差分放大电路的改进,1.加调零电位器,R,W,恒流源差分放大电路,为了提高共模抑制比应加大,R,ee,。但,R,ee,加大后,，为保证工作点不变，必须,提高负电源,，这是不经济的。同时,集成电路难以制造大电阻,，为此可用恒流源T,3,来代替,R,e,。,恒流源动态电阻大,，可提高共模抑制比。并可,提供一个稳定的偏流,。同时恒流源的管压降只有几伏，可,不必提高负电源,之值。这种电路称为恒流源差动放大电路,恒流源差分放大电路,恒定电流,U,be,+I,3,R,3,=2U,D,+I,2,R,2,由于I,B3,很小,I,1,I,2,如R,1,=R,2,U,be,=U,D,有源负载提供大动态电阻,R,b3,=R,1,/R,2,用恒流源输出等效高阻,代替实体电阻,，称该,电阻为有源负载。,恒流源差分式放大电路,1.电路组成及工作原理,静态,动态,仅输入差模信号，,大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。,相位相反。,1.电路组成及工作原理,2.抑制零点漂移,温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，,差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。,其效果相当于在两个输入端加入了共模信号,。,2.抑制零点漂移,由此看出，温度升高时，引起两集电极电流增加，使得流过,R,e,上的电流增加，发射极电位上升，从而限制了集电极电流的增加。这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。,所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。,另一方面,3.主要指标计算,（1）差模电压增益,接入负载时,（,双入、双出交流通路,）,双入、单出,以双倍的元器件换取抑制零漂的能力,双入、双出,接入负载时,3.主要指标计算,（1）差模电压增益,单端输入,等效于双端输入,指标计算与双端输入相同入,（2）共模电压增益,双端输出,共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。,所以,共模增益,单端输出,抑制零漂能力增强,（3）共模抑制比,双端输出，理想情况,单端输出,抑制零漂能力,越强,(4)当输出接一12k,负载时的电压增益.,解：,求:,例,(1)静态,(2)电压增益,(3),(4),2.,场效应管差分放大电路,