差分放大电路--课件

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,*,PPT课件,*,模拟电子技术基础,安徽理工大学电气工程系,主讲：黄友锐,第九讲,1,PPT课件,6.1,概述,6.2,差分放大电路的静态计算,6.3,差分放大电路的动态计算,06 差分放大电路,2,PPT课件,6.1,概 述,6.1.1,差分放大电路的组成,6.1.2,差分放大电路的输入和,输出方式,6.1.3,差模信号和共模信号,3,PPT课件,6.1.1,差分放大电路的组成,差分放大电路是由,对称,的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。如图,06.01,所示。对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。,图,06.01,差分放大电路,即：,1,=,2,=,V,BE1,=,V,BE2,=,V,BE,r,be1,=,r,be2,=,r,be,I,CBO1,=,I,CBO2,=,I,CBO,R,C1,=,R,C2,=,R,C,R,b1,=,R,b2,=,R,b,4,PPT课件,6.1.2,差分放大电路的 输入和输出方式,差分放大电路一般有两个输入端：,同相输入端，,反相输入端。,差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极,C,1,，另一个是集电极,C,2,。,从,C,1,和,C,2,输出称为,双端输出,，仅从集电极,C,1,或,C,2,对地输出称为,单端输出,。,根据规定的正方向，在一个,输入端加上一定极性的信号，如,果所得到的输出信号极性与其相,同，则该输入端称为同相输入端。,反之，如果所得到的输出,信号的极性与其相反，则该输,入端称为反相输入端。,信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为,双端输入；,若信号仅从一个输入端,对地,加入，称为,单端输入。,5,PPT课件,图,06.02,共模信号和差模信号示意图,6.1.3,差模信号和共模信号,差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。,温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的电路形式。,差模信号,共模信号,是指在两个,输入端加上幅度,相等，极性相反,的信号。,是指在两个,输入端加上幅度,相等，极性相同,的信号。,6,PPT课件,图,06.03,双电源差分放大电路,6.2,差分放大电路的静态计算,差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电,路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端,基本上是零电位，将,R,e,从接地改为接负电源,V,EE,。,由,I,B,的计算式可知，,R,e,对一半差分电路而言，只有,2,R,e,才能获得相同的电压降。,如图,06.03,所示。由于接入负电源，,所以偏置电阻,R,b,可以取消，改为,V,EE,和,R,e,提,供基极偏置电流。,基极电流为,:,(,动画,6-1,),7,PPT课件,6.3,差分放大电路的动态计算,6.3.1,差模状态动态计算,6.3.2,共模状态动态计算,6.3.3,恒流源差分放大电路,8,PPT课件,6.3.1,差模状态动态计算,差分放大电路的差模工作状态分为四种,:,1.,双端输入、双端输出（,双,-,双,）,2.,双端输入、单端输出（,双,-,单,）,3.,单端输入、双端输出（,单,-,双,）,4.,单端输入、单端输出（,单,-,单,）,主要讨论的问题有：,差模电压放大倍数,差模输入电阻,输出电阻,9,PPT课件,图,06.04,双端输入双端输出,(1),差模电压放大倍数,A,v,d,双端输入差放电路如图,06.04,所示。负载电阻接在两集电极之间。,v,i,接在两输入端之间，也可看成,v,i,/2,各接在两输入端与地之间。,这种方式适用于,双端输入和双端输出，,输入、输出均不接地,的情况。,双端输入双端输出差模电压放大倍数,10,PPT课件,差动放大器双入,双出微变等效电路,11,PPT课件,(1),差模电压放大倍数,A,v,d,双端输入单端输出差模电压放大倍数,这种方式适用于将,差分信号转换为单端输,出的信号。,双端输入单端输出因只利,用了一个集电极输出的变化量，,所以它的差模电压放大倍数是,双端输出的二分之一。,图,06.05,双端输入单端输出,12,PPT课件,单端输入双端输出差模电压放大倍数,单端输入信号可以转换为双端输入，其转换过程见图,06.06,。右侧的,R,s,+,r,be,归算到发射极回路的值,(,R,s,+,r,be,)/(1+,),R,e,，故,R,e,对,I,e,分流极小，可忽略，于是有,:,这种方式用于将单端信号转换成双端差分信号,可用于输出负载不接地的情况。,图,06.06,单端输入转换为双端输入,v,i1,=,v,i2,=,v,i,/,2,13,PPT课件,单端输入单端输出,通过从,T,1,或,T,2,的集电极输出，可以得到输出与输入之间或电位反相或电位同相的关系。从,T,1,的基极输入信号，从,C,1,输出，为反相；从,C,2,输出为同相。,14,PPT课件,(2),差模输入电阻,不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻,R,id,是基本放大电路的两倍。,(3),输出电阻,输出电阻在,单端输出时，,双端输出时，,15,PPT课件,6.3.2,共模状态动态计算,如果输入信号极性相同，幅度也相同则是纯共模信号。如果极性相同，但幅度不等，则可以认为既包含共模信号，又包含差模信号，应分开加以计算，如图,06.07,所示。,例如温漂信号属共模信号，它对差分放大电路中,I,c1,和,I,c2,的影响相同。,图,06.07,共模差模信,号混合的情况,16,PPT课件,计算共模放大倍数,A,v,c,的微变等效电路，如图,06.08,所示。其中,R,e,用,2,R,e,等效，这与差模时不同。,A,v,c,的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单端输出时为,:,图,06.08,共模微变等效电路,(1),共模放大倍数,A,v,c,17,PPT课件,(2),共模抑制比,共模抑制比,K,CMR,是差分放大器的一个重要指标。,，,或,双端输出时,K,CMR,可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比,(,动画,6-2,),18,PPT课件,6.3.3,恒流源差分放大电路,为了提高共模抑制比应加大,R,e,。但,R,e,加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。为此可用恒流源,T,3,来代替,R,e,。,恒流源电流数值为,I,E,=(,V,Z,-,V,BE3,)/,R,e,图,06.09,恒流源差分放大电路,恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。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分放大电路，电路如图,06.09,所示。,19,PPT课件,07,多级放大电路,多级放大电路概述,7.1,7.2,直接耦合多级放大电路,7.3,多级放大电路电压放大倍数的计算,7.4,变压器耦合的特点,20,PPT课件,多级放大电路的放大倍数,7.1.1,耦合形式,7.1.2,零点漂移,7.1,多级放大电路概述,21,PPT课件,7.1.1,耦合形式,多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。,耦合电路采用直接连接或电阻连接，,不采用电抗性元件。,级间采用电容或变压器耦合。,电抗性元件耦合，只能传输交流信号，,漂移信号和低频信号不能通过。,直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而,缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。,直接耦合,电抗性元件耦合,根据输入信号的,性质,，就可决定级间耦合电路的形式。,22,PPT课件,耦合电路的简化形式如,图,07.01,所示。,直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决。,(a),阻容耦合,(b),直接耦合,(c),变压器耦合,图,07.01,耦合电路的形式,23,PPT课件,7.1.2,零点漂移,零点漂移,是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。,产生零点漂移的主要原因是温度的影响,，所以有时也用,温度漂移,或,时间漂移,来表示。工作点参数的变化往往由相应的指标来,衡量,。,一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如,V/,C,或,V/min,。,24,PPT课件,7.1.3,直接耦合放大电路的构成,直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦合多级放大电路时必须要加以解决的问题。,电位移动直接耦合放大电路,NPN+PNP,组合电平移动直接耦合放大电路,电流源电平移动放大电路,(1),(2),(3),25,PPT课件,电位移动直接耦合放大电路,(1),于是,V,C1,=,V,B2,V,C2,=,V,B2,+,V,CB2,V,B2,（,V,C1,）,这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大的发射极,电阻，从而无法设置,正确的工作点。这种,方式只适用于级数较,少的电路。,如果将基本放大电路去掉耦合电容，前后级直接连接，如,图,07.02,所示。,图,07.02,前后级的直接耦合,26,PPT课件,(2),NPN+PNP,组合电平移动直接耦合放大电路,级间采用,NPN,管和,PNP,管搭配的方式，如,图,07.03,所示。由于,NPN,管集电极电位高于基极电位，,PNP,管集电极电位,低于基极电位，它,们的组合使用可避,免集电极电位的逐,级升高。,图,07.03,NPN和,PNP管组合,27,PPT课件,电流源电平移动放大电路,(3),但电流源交流电阻大，在,R,1,上的信号损失相对较小,，从而保证信号的有效传递。同时,输出端的直流电平并不高，实现了直流电平的合理移动。,在模拟集成电路中常采用一种,电流源电平移动电路,，如图,07.04,所示。,图,07.04,电流源电平移动电路,电流源在电路中的作用实际上是个有源负载，其上的直流压降小，通过,R,1,上的压降可实现直流电平移动。,28,PPT课件,7.2,多级放大电路电压放大倍数的计算,在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。,输入电阻法,开路电压法,一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。,二是将后一级与前一级开路，计算前,一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并,将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用,到后一级的输入端。,29,PPT课件,图,07.05,两级放大电路计算例,现以图,07.03,的两级放大电路为例加以说明，有关参数示于,图,07.05,中。三极管的参数为,1,=,2,=,=100,，,V,BE1,=,V,BE2,=0.7,V,。计算总电压放大倍数。分别用输入电阻法和开路电压法计算。,30,PPT课件,7.2.1,用输入电阻法求电压增益,（,1,）求静态工作点,31,PPT课件,32,PPT课件,（,2,）求电压放大倍数,先计算三极管的输入电阻,电压增益,33,PPT课件,如果求从,V,S,算起的电压增益，需计算第一级的输入电阻,R,i1,=r,be1,/R,b1,/R,b2,=3.1/51/20,=3.1/14.4=2.55 k,34,PPT课件,7.2.2,用开路电压法求电压增益,第一级的开路电压增益,第二级的电压增益,第一级的输出电阻,总电压增益,35,PPT课件,7.3,变压器耦合的特点,采用变压器耦合也可以隔除直流，传递一定频率的交流信号，,因此各放大级的,Q,互相独立。变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的,阻抗匹配,，以获得有效的功率传输。变压器耦合阻抗匹配的原理见,图,07.06(,a),。,在理想条件下，变压器原副边的安匝数相等，即,I,1,N,1,=,I,2,N,2,I,2,=,（,I,1,N,1,/,N,2,）,=,I,1,(,V,1,/,V,2,),=(,V,2,/,R,L,),(,V,1,/,R,1,),(,V,1,/,V,2,),=(,V,2,/,R,L,