典型差分放大电路

典型差分放大电路 1、典型差分放大电路的静态分析

（1）电路组成

（2）静态工作点的计算

静态时：v s1=v s2=0， 电路完全对称，所以有

I B Rs1+U BE +2I E Re=V EE 又∵ I E =（1+β）I B ∴ I B1=I B2=I B =

通常Rs<<(1+β)Re ，U BE =0.7V （硅管）: I B1=I B2=I B = 因： I C1=I C2=I C =βI B 故： U CE1=U CE2=V CC －I C Rc

静态工作电流取决于V EE 和Re 。同时，在输入信号为零时，输出信号电压也为零（u o= Vc1－VC2=0），即该差放电路有零输入——零输出。

2、差分放大电路的动态分析

()e

s BE

EE R 12R U V β++-

（1）差模信号输入时的动态分析

如果两个输入端的信号大小相等、极性相反，即

v s1=- v s2= 或 v s1- v s2= u id u id 称为差模输入信号。

在输入为差模方式时，若一个三极管的集电极电流增大时，则另一个三极管的集电极电流一定减小。在电路理想对称的条件下，有：i c1=-

i c2。

Re 上的电流为：

i E =i E1+i E2=（I E1+ i e1）+（I E2+ i e2 ）

电路对称时，有I E1= I E2= I E 、i e1=- i e2，使流过Re 上的电流i E =2I E 不变，则发射极的电位也保持不变。差模信号的交流通路如图:

差模信号下不同工作方式的讨论:

① 双端输入—双端输出放大倍数：

当输入信号从两个三极管的基极间加入、输出电压从两个三极管的集电极之间输出时，称之为双端输入—双端输出,其差模电压

be

s c

s1o1s2s1o2o1id o ud r R R 22u u A +-==--==

βv v v v v v

增益与单管放大电路的电压增益相同，无负载的情况下:

当两集电极c1、c2间接入负载电阻RL 时，双端输入—双端输出时的差模电压放大倍数为： 输入电阻： 输出电阻：Rod ≈2Rc ② 双端输入—单端输出 放大倍数：

输入电阻：Rid=2rbe

单端输出时的等效电阻为： Rod ≈Rc （2）共模输入时的动态分析

如果两个输入端信号大小相等、相位相同，即： v s1=v s2=u ic 则称为共模输入信号，用u ic 表示 。其共模交流通路如图

:

① 双端输入—双端输出

输出的共模电压u oc=v c1－v c2=0，双端输出时的共模电压增益为： ② 双端输入—单端输出其共模电压增益为 计算共模放大倍数Av c 时，由于两个输入信号相等，R e 等效为2R e 。

be

L r R +-==s '

id o ud

R u u A β2

R //

R R 'L

c L =()be b

s b be s b b

s b d d r

2i R i 2R i 2i R i 2u R =-+=-=r i i 0u u u A ic

c2

c1ic oc uc =-==v v e

c ic c2ic c1ic oc uc 2R R

u u u u A -≈===

v v ()

be u u r R 2R 2A s c

s1o1s2s1o1id o ud +-==-==

βv v v v v

Av c 的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时等于零。单端输

出时交流通路如图所示。

(2) 双端输入单端输出差模电压放大倍数

21111d -i i o id o v v v v v v A ==be L c )//(21-r R R β=be

'

21-r R L

β= 共模抑制比K CMR 或

双端输出时由于Avc 等于零，K CMR 可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：

恒流源电路的基准电流为：

I REF ≈I E4=

又因I E3R3≈I E4R2，所以有I0≈I E3≈ ()dB lg

20VC

VD

CMR A A K =2

1BE4

EE

CC

R R U V V +-+REF 3

2

E432I R R I R R =be

s c

s1

o1s2

s1o2o1id

o ud

r R R 22u A +-==-==βv v v v v 0u u u A ic

c2

c1ic oc uc =-==

v v VC

VD CMR

A

A

K

=

即三极管V3、V4及R1、R2、R3等值确定，则I0为一定值。

差模特性741型运放A v

的频率响应-

O

开环差模电压增益Av O

开环带宽BW (f H)

单位增益带宽BW G (f T)

差模特性

2. 差模输入电阻r id和输出电阻r o

BJT输入级的运放r id一般在几百千欧到数兆欧

MOSFET为输入级的运放r id＞1012Ω

超高输入电阻运放r id＞1013Ω、I IB≤0.040pA

一般运放的r o＜200Ω，而超高速AD9610的r o＝0.05Ω

3. 最大差模输入电压V idmax

共模特性

1. 共模抑制比K CMR和共模输入电阻r ic

一般通用型运放K CMR为（80～120）dB，高精度运放可达140dB，r ic≥100MΩ。

2. 最大共模输入电压V icmax

一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达±13V。