差分放大器1
差分放大电路和集成运算放大器
差分放大电路的应用
差分放大电路广泛应用于各种模拟电路中，如 音频信号处理、通信系统、测量仪器等。
在高速数字电路中，差分信号传输可以有效地 抑制电磁干扰（EMI），因此差分放大电路也 常用于高速数据采集和传输系统。
工业自动化领域
工业自动化领域对于高精度、高速的信号处理需求越来越大，差分放大 电路和集成运算放大器将在该领域发挥更大的作用，如运动控制系统、 过程控制系统等。
面临的挑战与机遇
技术创新
随着电子技术的不断发展，差分 放大电路和集成运算放大器需要 不断创新，以满足更高的性能要
求。
应用领域的多样化
随着应用领域的不断拓展，差分放 大电路和集成运算放大器的应用场 景将更加多样化，需要不断适应新 的应用需求。
应用比较
差分放大电路
差分放大电路适用于需要抑制共模信号和噪声的应用场合，如信号放大、差分信号传输、模拟电路中的减法器和 微分器等。
集成运算放大器
集成运算放大器适用于各种模拟信号处理和控制电路，如放大器、滤波器、比较器和振荡器等。
优缺点比较
差分放大电路
差分放大电路的优点在于其高共模抑制比和低噪声性能，能够有效地抑制共模信号和噪声，提高电路 的抗干扰能力。此外，差分放大电路还具有高输入阻抗和低输出阻抗的优点。然而，差分放大电路的 成本较高，体积也较大。
另外，由于差分放大电路具有低噪声和高共模 抑制比的特点，因此在高精度测量和自动控制 系统中也得到了广泛应用。
CHAPTER 02
集成运算放大器
集成运算放大器的基本概念
集成运算放大器（简称运放） 是一种高放大倍数的集成电路， 能够实现对微弱信号的放大和 处理。
差分放大器工作原理详细讲解
差分放大器工作原理详细讲解Differential amplifiers, also known as difference amplifiers, are essential components in analog electronic circuits. They amplify the difference between two input signals while rejecting any common-mode signals present. They play a crucial role in filtering out noise and providing high common-mode rejection ratios. Differential amplifiers are commonly used in a variety of applications such as audio amplifiers, instrumentation amplifiers, and data acquisition systems.差分放大器，也称为差分放大器，是模拟电子电路中的重要组件。
它放大两个输入信号之间的差异，同时抑制任何共模信号。
它在滤除噪声和提供高共模抑制比方面发挥着至关重要的作用。
差分放大器通常用于各种应用，如音频放大器、仪器放大器和数据采集系统。
The differential amplifier works on the principle of amplifying the voltage difference between its two input terminals. When the two input signals are equal, the output voltage is ideally zero, providing common-mode rejection. This rejection of common-mode signals is achieved through the balanced configuration of the amplifier circuit,which amplifies only the difference between the two input voltages. By using matched transistors and resistors, the amplifier can effectively reject any signals that are common to both inputs.差分放大器的工作原理是放大其两个输入端之间的电压差。
差分放大电路公式(一)
差分放大电路公式(一)差分放大电路公式1. 差动增益公式•差动放大器的增益定义为差模输入电压与差模输出电压的比值：Ad = (Vout+ - Vout-) / (Vin+ - Vin-)•其中，Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压，Vout+和Vout-分别表示正输出与负输出的电压。
2. 共模增益公式•共模放大器的增益定义为共模输入电压与共模输出电压的比值：Ac = (Vout+ + Vout-) / (Vin+ + Vin-)•其中，Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压，Vout+和Vout-分别表示正输出与负输出的电压。
3. 差模增益与共模增益比值公式•增益差值定义为差动增益与共模增益的比值：CMRR = Ad / Ac•其中，CMRR表示共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio）。
4. 差模输入电阻公式•差模输入电阻定义为差模输入电压与差模输入电流的比值：Rin = (Vin+ - Vin-) / Iin•其中，Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压，Iin表示差模输入电流。
5. 差模输出电阻公式•差模输出电阻定义为差模输出电压变化与差模输出电流变化的比值：Rout = dVout / dIout•其中，dVout表示差模输出电压变化，dIout表示差模输出电流变化。
举例说明假设我们有一个差分放大电路，如下图所示：R1 R2Vin+ -----/\/\/\/\------|---- RL| |Vin- -----/\/\/\/\------ VoutR3 R4其中，R1、R2、R3、R4为电阻，Vin+和Vin-为正输入与负输入的电压，Vout为输出电压。
我们可以根据上述公式计算出该差分放大电路的性能指标：1.差动增益（Ad）：根据差分放大电路公式，我们可以测量Vin+和Vin-的变化，并记录Vout+和Vout-的变化，然后计算出Ad的值。
差分运算放大器原理
差分运算放大器原理
差分运算放大器是一种基本的电路设计，在许多应用中被广泛使用。
差分运算放大器的主要原理是利用差分输入来放大差异电压，从而提高电路的增益和抗干扰能力。
差分运算放大器通常由两个输入引脚（称为非反相输入和反相输入）和一个输出引脚组成。
非反相输入引脚接收正极性输入信号，而反相输入引脚接收负极性输入信号。
这两个输入信号的差异会经过放大器的内部电路放大，并在输出引脚产生放大后的信号。
差分运算放大器的核心是一个差分对。
这个差分对通常由两个晶体管构成，一个是PNP型的，用于非反相输入，另一个是NPN型的，用于反相输入。
这两个晶体管同时工作，非反相输入信号引起PNP晶体管的电流变化，反相输入信号引起NPN晶体管的电流变化。
这种电流差异会通过差分对的输出电流控制电流源，从而放大信号。
差分运算放大器通过增加差分对的级数来获得更高的增益和更好的线性性能。
此外，差分运算放大器还可以通过添加电流镜和其他电路组件来提高其性能。
例如，一个常见的增益控制电路可以用来调整放大器的增益。
差分运算放大器具有许多应用，包括测量和控制系统、信号处理和通信系统等。
它们提供了高增益、低噪音和抗干扰能力，使其成为许多电路设计中不可或缺的部分。
差分运算放大器的
原理和设计可以根据具体的应用需求进行调整和优化，以满足特定的性能要求。
差分放大器实验报告
差分放大器实验报告
差分放大器是一种常见的放大电路，用于放大两个输入信号之间的差异。
在电子电路中，差分放大器通常被用来抑制共模干扰，提高信号的传输质量。
在本次实验中，我们将对差分放大器进行测试，并分析其性能。
实验设备和材料包括电源、示波器、信号发生器、电阻、电容、运放等元件。
首先，我们按照电路图连接好电路，并给电路供电。
然后，我们通过信号发生器输入测试信号，观察示波器上的波形变化。
通过调整电路参数，我们可以得到不同的放大倍数和频率响应。
在实验过程中，我们发现差分放大器具有以下特点：首先，它能够有效地放大输入信号的差分部分，抑制共模信号的影响。
其次，差分放大器具有较高的共模抑制比和输入阻抗，能够提高信号的传输质量。
最后，差分放大器的频率响应较宽，适用于不同频率范围内的信号放大。
通过本次实验，我们深入了解了差分放大器的工作原理和性能特点。
差分放大器在实际电路设计中具有重要意义，能够有效提高信号传输的稳定性和质量。
我们相信，在今后的学习和工作中，差分放大器这一知识点将会对我们有很大的帮助。
总的来说，本次实验对差分放大器的理解和应用起到了积极的促进作用。
通过实际操作和观察，我们更加深入地理解了差分放大器的
工作原理，为今后的学习和研究奠定了坚实的基础。
希望在以后的实验中，我们能够继续深入探讨电子电路的相关知识，不断提升自己的实践能力和创新意识。
感谢老师和同学们的支持和帮助，让我们能够顺利完成这次实验，收获满满的成果和收获。
愿我们在未来的学习和工作中，继续努力奋斗，不断进步，为科学技术的发展贡献自己的力量。
差分放大电路
03 差分放大电路的分类
电压反馈型差分放大电路
电压反馈型差分放大电路通过电 压负反馈来减小输出电压的幅度，
从而减小了电路的增益。
电压反馈型差分放大电路通常具 有较低的输入阻抗和较高的输出 阻抗，适用于电流驱动能力较弱
的电路。
电压反馈型差分放大电路的优点 是稳定性好，噪声低，适用于信
号源内阻较高的应用场景。
电流反馈型差分放大电路
1
电流反馈型差分放大电路通过电流负反馈来减小 输出电流的幅度，从而减小了电路的增益。
2
电流反馈型差分放大电路通常具有较高的输入阻 抗和较低的输出阻抗，适用于电流驱动能力较强 的电路。
3
电流反馈型差分放大电路的优点是带宽较宽，响 应速度较快，适用于信号源内阻较低的应用场景。
缓冲和驱动
差分放大电路可以作为缓冲器和 驱动器，用于驱动后级电路或传 输线路，提高信号的驱动能力和 传输稳定性。
比较器
差分放大电路可以作为比较器， 用于比较两个电压或电流的大小 关系，常用于触发器、寄存器等 数字逻辑电路中。
在传感器信号处理中的应用
温度传感器信号处理
差分放大电路可以用于放大温度传感器的输 出信号，将微弱的温度变化转换为电信号， 便于后续处理和测量。
差分放大电路的特点
高增益
抑制共模干扰
差分放大电路具有很高的增益，通常在 100dB以上，因此能够将微弱的差分信号 放大到足够大的幅度。
由于差分放大电路只对两个输入信号的差 值进行放大，因此它能够有效地抑制共模 干扰，提高信号的信噪比。
宽频带
差分运算放大器计算公式
差分运算放大器计算公式
1.差模增益计算公式
差模增益是指放大器对输入信号的差分模式（即两个输入信号的差）的放大倍数。
差模增益由差模电压增益（AD）和相位增益（PD）组成，具体计算公式如下：
AD = -gm*(RC，RL)
PD = gm*Rc/(1+gm*Re)
其中，gm代表差分管（BJT或MOSFET）的跨导（公式为ID/VGS，其中ID为差分管的电流，VGS为差分管的控制电压）；RC为差分管集电极的负载电阻；RL为放大器的负载电阻；Re为差分管的发射极稳定电阻。
2.共模增益计算公式
共模增益是指放大器对输入信号的共模模式（即两个输入信号之和）的放大倍数。
共模增益由共模电压增益（ACM）和相位增益（PCM）组成，具体计算公式如下：
ACM = gm*(RC，RL)/2
PCM = gm*Rc/(1+gm*Re)
在实际应用中，差分运算放大器的设计需要根据具体的性能要求和电路参数进行选择和调整。
例如，可根据差分管的类型（BJT或MOSFET）、工作电流和电压、负载电阻等参数进行选择。
此外，为了提高差分运算放大器的性能，还需要考虑偏置电流稳定、共模电压范围、动态范围、频率响应等因素。
总之，差分运算放大器的计算公式是基于电路的物理原理和数学模型推导得出的，根据输入信号的特性和放大器的参数，可以计算出放大器的差模增益和共模增益，从而了解其放大性能和输入信号的处理特点。
运算放大器分类
运算放大器分类运算放大器是一种基本的模拟电路元件，广泛应用于各种电子设备中。
根据其不同的性质和功能，可以将运算放大器分为几类。
1.差分放大器差分放大器是一种基本的运算放大器，主要用于实现信号放大和滤波。
它的输入端有两个，可以将两个输入信号进行差分运算，输出差分信号的放大结果。
差分放大器具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点，适用于放大微弱信号和抑制噪声干扰。
2.反馈放大器反馈放大器是一种将一部分输出信号反馈到输入端的运算放大器。
反馈放大器可以实现信号放大、滤波、稳压等功能，还可以提高放大器的线性度和稳定性。
根据反馈方式的不同，反馈放大器可以分为正反馈和负反馈两种。
其中，负反馈放大器最为常见，可以减小放大器的失调、漂移和噪声，提高放大器的性能和可靠性。
3.比较器比较器是一种将两个输入信号进行比较，输出高低电平的运算放大器。
比较器可以用于电压比较、信号检测、门电路等方面。
根据比较器的输出类型，可以将其分为开关型比较器和线性比较器两种。
其中，开关型比较器输出只有两种状态，常用于数字电路中的逻辑运算；线性比较器输出具有连续的电平变化，常用于模拟电路中的信号处理。
4.积分放大器积分放大器是一种将输入信号进行积分运算后输出的运算放大器。
积分放大器可以用于实现信号积分、微分和低通滤波等功能，还可以提高放大器的稳定性和线性度。
与差分放大器相比，积分放大器的输入阻抗较低，输出阻抗较高，适用于高精度的信号处理和控制系统中。
5.微分放大器微分放大器是一种将输入信号进行微分运算后输出的运算放大器。
微分放大器可以用于实现信号微分、高通滤波和波形恢复等功能，还可以提高放大器的线性度和稳定性。
与积分放大器相比，微分放大器的输入阻抗较高，输出阻抗较低，适用于高速信号处理和控制系统中。
运算放大器是一种非常重要的电子元件，在各种电子设备中都有广泛的应用。
根据其不同的性质和功能，可以将运算放大器分为差分放大器、反馈放大器、比较器、积分放大器和微分放大器等几类。
差分放大器的概念及计算公式
差分放大器的概念及计算公式差分放大器是一种常用的放大电路，它具有抵消共模干扰的能力，可以有效地放大差模信号。
在差分放大器中，两个输入信号分别加到两个输入端上，而输出信号则是输入信号的差值经过放大的结果。
差分放大器通常由一个NPN型晶体管和一个PNP型晶体管组成，其输入电路是一个差模输入，输出电路是单端输出。
差分放大器的运算是利用晶体管的放大特性来实现的。
差分放大器的输入电阻很高，输出电阻很低，可克服信号源和负载的不匹配。
在实际应用中，差分放大器通常用于放大低频信号，如微弱的生物电信号、传感器信号等。
在差分放大器中，差模增益(A_dm)和共模增益(A_cm)是两个重要的参数。
差模增益(A_dm)是指差模信号的放大倍数，共模增益(A_cm)是指共模信号的放大倍数。
差模放大倍数越大，差模放大效果越好；共模放大倍数越小，共模抑制效果越好。
差分放大器的差模增益(A_dm)可以通过下面的计算公式来计算：A_dm = (gm * R_c) / 2其中，gm是晶体管的跨导，R_c是集电极负载电阻。
差分放大器的共模增益(A_cm)可以通过下面的计算公式来计算：A_cm = (gm * R_c) / [(1 + gm * R_e) * (1 + gm * R_c)]其中，R_e是发射极电阻。
差分放大器的共模抑制比(CMR)可以通过下面的计算公式来计算：CMR = 20 * log10(A_dm / A_cm)其中，log10是以10为底的对数函数。
差分放大器的输入偏置电流(I_bias)可以通过下面的计算公式来计算：I_bias = (I_c1 + I_c2) / 2其中，I_c1和I_c2分别是晶体管1和晶体管2的集电极电流。
差分放大器的输入偏置电压(V_bias)可以通过下面的计算公式来计算：V_bias = (V_be1 + V_be2) / 2其中，V_be1和V_be2分别是晶体管1和晶体管2的基极-发射极电压。
差分放大器原理
差分放大器原理
差分放大器是一种基本的放大器电路，其原理是利用两个输入端之间的电压差来产生放大效果。
差分放大器通常由两个输入端（非反馈输入端和反馈输入端）和一个输出端组成。
当两个输入端之间的电压差（即差模输入）发生变化时，差分放大器会把这个差异放大并输出到输出端。
在差模输入端有电压差的情况下，差分放大器会产生一个放大倍数，这个倍数就是放大器的增益。
差分放大器的原理可以通过以下步骤来解释：
1. 在差分放大器的非反馈输入端接入两个输入信号 Vi1 和 Vi2，而在反馈输入端接入一个恒定电压 Vref。
2. 当 Vi1 和 Vi2 的电压不同时，两个输入端之间就会产生一个电压差，这个电压差会被放大器的放大倍数所放大。
放大后的差分信号会被输入到放大器的输出端。
3. 通过加入反馈电压 Vref，差分输入信号可以被精确地调整
和控制。
这个反馈电压可以来自于一个稳定的参考电压源，或者是通过其他方式生成，以便使得差分放大器在输入端产生一个特定的电平。
4. 输出信号可以通过其他电路来进一步处理，比如经过滤波器等，从而得到所需的信号。
差分放大器的优点是可以抵消一些噪声和干扰信号，提供更可靠的放大效果。
它广泛应用于许多电路和系统中，包括通信系统、音频放大器、仪器仪表等。
差分运算放大器电路
差分运算放大器电路差分运算放大器（Differential Amplifier）是一种用于放大差分信号的电路。
它是运算放大器（Operational Amplifier）的一种特殊形式，常被用于测量和增强微弱的差分输入信号。
差分运算放大器的电路结构由两个输入端口和一个输出端口组成。
两个输入端口分别连接到两个输入电阻上，并与负反馈网络相连。
输出端口则连接到负载电阻上。
差分运算放大器的主要功能是放大差分信号，并抑制共模信号。
差分信号是通过将一个信号与另一个信号相减来获得的。
例如，当两个输入信号分别为Vin+和Vin-时，差分信号为Vd = Vin+ - Vin-。
差分运算放大器的工作原理如下：1.输入端口：差分运算放大器的输入端口由Vin+和Vin-两个输入引脚组成。
通常情况下，Vin+被作为非反相输入端口，Vin-则被作为反相输入端口。
这意味着，当Vin+上升时，输出电压Vout下降，反之亦然。
2.反馈网络：差分运算放大器的反馈网络通常由电阻和电容组成，用于实现负反馈。
负反馈可以使差分运算放大器的增益和频率响应更加稳定，并提高放大器的线性度。
3.输出端口：差分运算放大器的输出端口由Vout引脚组成。
输出电压Vout的幅度和极性取决于输入信号Vin+和Vin-之间的差异。
差分运算放大器的放大倍数可以通过改变反馈网络中的电阻值来调整。
通常情况下，差分运算放大器的放大倍数很高，达到数百甚至数千倍。
这使得差分运算放大器成为测量微弱差分信号和抑制共模噪声的理想选择。
差分运算放大器的主要优点包括：1.高放大倍数：差分运算放大器有很高的开环增益，可以有效地放大微弱的差分信号。
2.抑制共模信号：差分运算放大器通过差分输入和负反馈，能够有效地抑制共模噪声。
共模信号是同时施加于两个输入端口的噪声，如果没有差分放大器进行抑制，它可能会严重干扰信号。
3.精确性：差分运算放大器可以提供高精度的放大，并且具有很低的失调电压和失调电流。
差分放大器
即共模抑制比，用 KCMR来表示 定义为：差模电压增益与共模电压增益之比的绝对值。
即
KCMR
Avd Avc
例如、差分放大器单端输出时的共模抑制比，负载为RL 。
已知
Avd1
1 2
gm (Rc
∥RL)
Avc1
RC ∥ R L 2 REE
Ro 2(rce ∥ R c )
③、差模增益
差模电压增益，是指差模输出电压对差模输入电压的比值。
即
Av
vod vid
单即端输A出v时d1：a、v从voiTdd11管的集电极输出
vod1
2 vid
2
1 2
Av
1 2
gm (rce
∥ Rc
∥R L/2)
b 、从 T2管的集电极输出
模信号：
即 vo1
voc
vod 2
vo 2
voc
vod 2
定义： 共模输出电压为
voc
vo1
vo2 2
差模输出电压为 vod vo1 vo2
通过上面的分析可知： ①、差分放大器的差模性能是指，在差模输入信号作用下 的性能，这时由于电路完全对称在输出端只有差模电压而
没有共模电压，即 vo1= -vo2 = vod/2
vi1 vic vid 2 vi2 vic vid 2
(4-4-4)
其中
vic (vi1 vi2 ) 2 vid vi1 vi2
(4-4-5)
例一、已知vi1= 10.02V 、vi2 = 9.98V ，试求差模和共模
差分放大器电路原理
差分放大器电路原理
差分放大器是一种具有高输入阻抗、低输入失调电压、高输出摆幅的放大电路。
差分放大器是由两个放大器组成的。
一个放大器输入信号端与输出信号端之间用两个电阻接地，输出端则与电源接地。
这种电路中的电压摆幅是由两个放大器的输出电压的差分表示，故称为差分放大器。
例如，在差分放大器中，一个放大区有5个电阻，两个放大区有10个电阻，则差分放大器的电压摆幅是：
1.差动式电路
差动式电路又称为差动放大器、差动达成器、差分达成器等，是一种常用的基本放大电路。
差分放大器在信号处理中有广泛应用。
差分放大器由两部分组成：一是差分输入部分，它对输入信号进行放大；另一部分是差分输出部分，它对输出信号进行放大。
差动输出部分由一个电容器和两个电阻组成，这两个电阻与输入信号形成等电位。
在差分放大器中，当一个输入信号很小时，只有一个放大区的电流通过；而当一个输入信号很大时，却有两个放大区的电流通过。
—— 1 —1 —。
差分运算放大器的衰减原理
差分运算放大器的衰减原理
差分运算放大器（Differential Amplifier）是一种电路，用于放大输入信号的差分部分。
在差分运算放大器中，衰减（Common Mode Rejection Ratio，CMRR）指的是该电路对于共模信号的抑制程度，即对于同时加在两个输入端的信号，差动输出相对于共模输出的增益。
差分运算放大器的衰减原理基于其特定的电路结构。
以下是一些关键的原理：
1.差动增益：
•差分运算放大器的设计目的是放大输入信号的差分部分，即两个输入端的电压差。
这个增益通常表示为 Ad。
2.共模增益：
•共模信号是同时加在两个输入端的信号，其电压相等。
差分运算放大器会尽量抑制这种共模信号，但总会有一定程度的共模增益（表示为 Acm）。
3.共模抑制比（CMRR）：
•共模抑制比是衡量差分运算放大器抑制共模信号的性能指标。
它定义为差动增益与共模增益之比，即 CMRR= Ad/Acm。
4.共模抑制比的作用：
•共模抑制比越高，表示差分运算放大器对于共模信号的抑制能力越强。
较高的CMRR是设计中追求的目标，因为它有助于减小对于共模干扰的敏感度。
5.电桥网络：
•一些差分运算放大器采用电桥网络，如差动对输入信号敏感，而对共模信号则具有较低的灵敏度。
这有助于提高共模抑制比。
总体而言，通过优化电路结构和设计，尽量使共模增益降到最低，从而提高共模抑制比。
高CMRR对于许多应用中对共模信号要求较高的场合，例如在测量和传感器应用中，是非常重要的。
差分放大器原理详解
差分放大器是一种常见的放大器类型，其基本原理是接收两个输入信号，并放大它们之间的差值。
这种放大器的主要优点是可以抑制共模信号，即同时作用于两个输入端的信号，从而提高信号的质量和准确性。
差分放大器的基本组成部分包括两个输入晶体管，它们的集电极分别连接到负载电阻上，而发射极则连接到公共电源上。
两个输入晶体管的基极分别接收两个输入信号。
当两个输入信号的电压差改变时，两个晶体管的电流差也会改变，从而改变负载电阻上的电压，实现信号的放大。
差分放大器的主要参数包括共模抑制比（CMRR）和差模增益（Ad）。
共模抑制比表示差分放大器抑制共模信号的能力，通常用共模信号与差模信号之比来表示。
差模增益表示差分放大器对差模信号的放大能力，通常用差模信号的输出电压与输入电压之比来表示。
差分放大器广泛应用于各种电子设备中，如运算放大器、数据转换器和通信系统等。
它们的主要优点是能够抑制共模信号，提高信号的质量和准确性。
然而，差分放大器的设计和实现也具有一定的挑战性，需要考虑诸如失调电压、温度漂移和电源抑制比等因素。
差分运算放大器计算公式
差分运算放大器计算公式差分运算放大器是一种电子放大器，它以差分模式对输入信号进行放大。
这种放大器广泛应用于模拟电路中，尤其在信号处理、通信系统和测量仪器中起着重要的作用。
差分运算放大器的计算公式是其设计和分析的基础。
本文将详细介绍差分运算放大器的计算公式及其应用。
一、差分运算放大器的计算公式差分运算放大器的计算公式包括增益计算、输入电阻计算和输出电压计算。
1. 增益计算公式差分运算放大器的增益计算公式为：A = -Rf/Rin其中，A表示放大器的增益，Rf表示反馈电阻，Rin表示输入电阻。
2. 输入电阻计算公式差分运算放大器的输入电阻计算公式为：Rin = 2*Re + (1 + A)*Re'其中，Re表示输入电阻，Re'表示输出电阻，A表示增益。
3. 输出电压计算公式差分运算放大器的输出电压计算公式为：Vo = A*(Vp - Vn)其中，Vo表示输出电压，Vp表示正输入电压，Vn表示负输入电压。
二、差分运算放大器的应用差分运算放大器在实际应用中具有广泛的用途，主要包括以下几个方面：1. 信号放大差分运算放大器可以将微弱的输入信号放大到较大的幅度，以便进行后续的处理和分析。
在通信系统中，差分运算放大器可用于放大接收到的信号，在测量仪器中可用于放大测量信号。
2. 滤波器设计差分运算放大器可以与电容、电感等元器件结合，构成各种滤波器电路。
通过调整元器件的数值，可以实现不同频率范围内的信号滤波，满足不同应用的需求。
3. 比较器差分运算放大器可以用作比较器，用于比较两个输入信号的大小。
当正输入电压大于负输入电压时，输出高电平；当正输入电压小于负输入电压时，输出低电平。
4. 电压跟随器差分运算放大器可以用作电压跟随器，将输入电压的变化几乎完全地传递到输出端，实现输入输出电压的一致性。
5. 环路增益差分运算放大器在反馈电路中具有很高的增益，可以用于构建环路增益，实现稳定的反馈控制。
三、总结差分运算放大器是一种常见的电子放大器，其计算公式是设计和分析的基础。
差分放大器公式推导
差分放大器公式推导差分放大器是一种常见的电路，主要用于放大差分输入信号。
它具有共模抑制功能，可以消除共模干扰，提高电路的稳定性和精度。
本文将从基本原理入手，详细介绍差分放大器的公式推导过程。
一、差分放大器基本原理差分放大器由两个基本电路组成：差动输入电路和共源极放大器。
其中，差动输入电路由两个输入电阻和两个输入信号组成，可以将两个输入信号进行差分运算，从而消除共模干扰。
共源极放大器则具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，可以增益差分输入信号。
二、差分放大器公式推导为了方便推导，我们先定义一些符号：Vin+：正输入信号Vin-：负输入信号Vout+：正输出信号Vout-：负输出信号Rin：输入电阻Rf：反馈电阻Av：电压增益，即输出电压与输入电压之比共模电压Vo：两个输入信号的平均值，即Vo=(Vin+ +Vin-)/2差模电压Vd：两个信号的差值，即Vd=Vin+ -Vin-1、输入电阻公式推导对于差分输入电路，根据欧姆定律可以得到：Vin+ =I1 * Rin +VoVin- =I2 * Rin +Vo其中，I1和I2分别为流经Vin+和Vin-的电流，Vo为共模电压。
将两式相减，可得：Vin+ -Vin- =(I1 -I2)*Rin由于差分电路需要将两个输入信号相减，因此需要满足I1=I2，即两个输入电阻必须相等。
因此，我们可以得到输入电阻公式：Rin=Rin1=Rin22、电压增益公式推导对于共源极放大器，我们可以使用KVL和KCL进行分析。
首先，根据KVL可得：Vout+ =-gm*(Vgs1 +Vgs2)*RfVout- =-gm*(Vgs1 +Vgs2)*Rf其中，gm为MOS管的转导系数，Vgs1和Vgs2为两个MOS管的栅极-源极电压。
由于两个MOS管的栅极相互反向，因此它们的Vgs之和等于差模电压Vd。
因此，可以得到：Vgs1 +Vgs2 =Vd/2代入上式，可得：Vout+ =-gm*Vd/2*RfVout- =gm*Vd/2*Rf将两式相加并化简，可得输出电压：Vout =gm*Vd*Rf因此，电压增益公式为：Av=Vout/Vd=gm*Rf3、共模抑制比公式推导对于一个理想的差分放大器，当两个输入信号的共模电压变化时，输出电压应该不变。
差分放大器
差分电路的第二个优点 是使得输出信号的电压摆幅 扩大了一倍。
对图5.1.2 的差分放大 器而言，因为它的输出信号 是一对差分信号，这意味着 vout1和vout2之间具有等幅、 反相的关系，所以（vout1vout2）的摆幅将是单个输出 端摆幅的两倍。
图5.1.2 差分放大器
差分电路的第三个优点来源于偏置电流源。影响单端电路偏 置状态的主要因素是输入管的直流偏置电平。而影响差分电路偏 置状态的主要因素则是偏置电流源的电流大小。前面已经说过， 在集成电路中难以实现精确的电压控制，由于各种扰动和噪声， 直流电压会产生不希望的波动。而集成电路中的电流源相对稳定， 容易实现。
(5.2.24)
(5.2.25)
考虑到I1 + I2 =I，且 ，I1 ≥ 0 I2≥ 0 ，所以差分电流取得 最大值时：I1 = I ， I 2 =0 或 I 1= 0 ， I 2= I 。也就是一个 MOS 管截止，另一个MOS管取得全部偏置电流的情况。这 时差分输出电压同时取得最大值：
(5.2.26)
图5.2.1 大信号下的差分放大器
列出下面的直流方程：
(5.2.1) (5.2.2)
(5.2.3) (5.2.4) (5.2.5) (5.2.6) (5.2.7)
解出差分放大器的直流工作点。当电路完全对称的时候，有：
(5.2.8)
(5.2.9)
接着来看当差分放大器的直流输 入电压（VIN1-VIN2）发生变化时，电 路中电压和电流的变化规律。先观察 半边电路的情况：
差分电流、差分输出电压随差分输入电压的变化分别如 图5.2.4和图5.2.5 所示(见下页)。将它们分别和图5.2.2、 5.2.3 的半边电路直流传输特性进行比较，我们发现差分电 流或电压的变化量恰好是半边电路中电流或电压变化量的2 倍，这正是差分放大器中固定不变的偏置电流源I的作用。
全差分放大器(一)
由图 ４ 所示的分析电路可以导出一般电路公 式和框图， 进而很容易得到具体电路配置。
放大器的开环差分增益用 ａ（ｆ）来表示， （Ｖｏｕｔ＋）－ （Ｖｏｕｔ－ ）＝ａ（ｆ）（Ｖｐ－ Ｖｎ）。以上式假设差分放大器两个输 入端的增益良好匹配， 差异可以忽略。当 ａ（ｆ）＞＞１ 时， 反馈通常是负反馈。但 ａ（ｆ）是频率的函数， 由于主极 点补偿的作用， 在放大器可用带宽内， ａ（ｆ）将下降－ ２０ ｄＢ／ｄｅｃ。
假 定 ａ（ｆ）β１＞＞１ 且 ａ（ｆ）β２＞＞１， 得 到 Ｅｏｄ＝２Ｅｉｎ／（β１＋ β２）， 令 β１＝β２＝β（ 同 步 反 馈 ） ， 则 有 Ｅｏｕｔ＝Ｅｉｎ／β， 结 果 与 标准单端电压反馈运算放大器相同。
采用类似方 法， 得出来自 Ｉｉｎ×Ｒｅｑ１ 和 Ｉｉｎ×Ｒｅｑ２ 的噪声电 压分别为 ２Ｉｉｎ×Ｒｅｑ１／（ β１＋β２） 和 ２Ｉｉｎ×Ｒｅｑ２／ （ β１＋β２） 。
Ｅｏｄ 是差分 ＲＭＳ－ 输出噪声电压， Ｅｏｄ＝Ａ（Ｅｉｄ）。Ｅｉｄ 是单端输入噪声源， Ａ 是噪声源与输出间的增益。
独立噪声源通常是不相关的。非相关噪声电 压相加时要用到平方和技术。总 ＲＭＳ 电压的平方 等于各 ＲＭＳ 电压之和的平方。
图 １１ 所示框图有助于分析放大器的噪声源。 只考虑 Ｅｉｎ， 从框图可以得出：
图 １ 给 出 了 集 成 全 差 分 放 大 器 （ ＴＨＳ４１ｘｘ 或 ＴＨＳ４５ｘｘ） 的简化电路。Ｑ１ 和 Ｑ２ 是输入差分对。加 在 ＩＮ＋和 ＩＮ－ 的电压相同， 流经 Ｑ１ 或 Ｑ２ 的电流不 变， 因此不产生输出电压。Ｖｏｃｍ 误差放大器对输出 共模电压进行采样， 与 Ｖｏｃｍ 电压比较， 并调整内部 反馈， 从而使输出共模电压与 Ｖｏｃｍ 引脚的电压相
差分ab类功放
差分ab类功放摘要：1.差分放大器的概述2.差分放大器的分类3.差分放大器的原理4.差分放大器的应用5.差分放大器的发展前景正文：一、差分放大器的概述差分放大器，是一种信号放大电路，它能够将输入信号的差分信号进行放大。
这种放大器的主要作用是放大两个输入信号的差分，从而有效地抑制共模输入信号，提高系统的抗干扰能力。
在实际应用中，差分放大器广泛应用于各种模拟信号处理、数据传输以及测量仪器等领域。
二、差分放大器的分类根据其工作原理和电路结构的不同，差分放大器主要分为两类：一类是A 类差分放大器，另一类是B 类差分放大器。
A 类差分放大器：也称为共射放大器，其输入级由两个共射晶体管组成，输出级也由两个共射晶体管组成。
这种放大器的优点是输入阻抗高，输出阻抗低，信号传输能力强。
B 类差分放大器：也称为共基放大器，其输入级由两个共基晶体管组成，输出级也由两个共基晶体管组成。
这种放大器的优点是输入阻抗低，输出阻抗高，信号放大能力强。
三、差分放大器的原理差分放大器的原理是基于运算放大器的差分输入和共模抑制特性设计的。
它的输入端由两个输入信号的差分输入，输出端得到这两个信号的差分输出。
当输入信号的差分输入时，运算放大器会放大这个差分信号，而当输入信号的共模输入时，运算放大器会抑制这个共模信号，从而实现信号的差分放大。
四、差分放大器的应用差分放大器广泛应用于各种模拟信号处理、数据传输以及测量仪器等领域。
例如，在音频处理中，它可以有效地抑制噪声和干扰，提高音频信号的质量；在数据传输中，它可以提高数据的传输速度和传输距离；在测量仪器中，它可以提高仪器的测量精度和测量范围。
五、差分放大器的发展前景随着科技的发展，差分放大器也在不断地发展和完善。
未来的差分放大器将会更加高效、更加精确、更加稳定，以满足各种应用领域的需求。
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Io=- I- I= - 2 I
T3,T4差放电路是双入双出
组合差分输入级
共射—共基组合差放 共射 共基组合差放
由于两级均是双入—双出 由于两级均是双入 双出 差放电路, 差放电路,因此总的电压增益 应与单级相同, 应与单级相同,即AUd=AU1AU3 设共基电路的输入电阻hib3 设共基电路的输入电阻
rid=2(Rb+hie) rod ≈ Rc
差分电路的分析
2. 动态分析 (2)对共模信号的抑制作用分析 ) Uic1=Uic2=Uic Ibc1=Ibc2 Iec1=Iec2 流过R 上的电流: 流过 ee上的电流: Iec=Iec1+Iec2=2 Iec1 Ree上的电压: URee=Iec12Ree 上的电压: 画交流通路时,单管射极电阻应为 画交流通路时,单管射极电阻应为2Ree. Uic1 请计算单端输出的电压增益 Iec1
具有较高的共模抑制比, 具有较高的共模抑制比, 组合差分 CMRR>80dB
Ib1↑
Ib2↑→ Ic2↑→ Uc2↓→ Ib4↓→ Ie4↓ →UR2↓ →Ie3↓ →Ic1↓ Ic1↑→ Uc1↓→ Ib5↓→ Ie5↓ Ic2 ↓
共模负反馈差放
输入差模信号 输入差模信号Uid1 =-Uid2 Uid1↑ Ib1↑ Ic1↑ Uid1↑ Ib2↓ Ic2 ↓ Uc2 ↑→ Ie4↑ Uc1↓ Ie5↓
工作原理
Iec2
Rb
T1
Iec1 Rc U oc1 2Ree
Rb
Uoc T1
差分电路的分析
工作原理 T
2
Rb
Iec1 Rc U U Rc Iec2 oc1 oc2 Uic1 2. 动态分析 2Ree 2Ree (2)对共模信号的抑制作用分析 )2Ree>>Rb+hie ) (1+hfe
Uic2
hfe Rc Rc AUc (单) = = Rb + hie + (1 + hfe ) 2 Ree 2Ree U oc U oc1 U oc2 AUc (双) = = =0 U ic U ic ric (单) Rb + hie + (1 + hfe ) 2 Ree =
工作原理
1. 虽然是单端输入,输入信号将自动将 i/2加于 1,- Ui/2加于 虽然是单端输入,输入信号将自动将U 加于 加于T 加于 T2(Ree的负反馈的作用)——双端输入处理. 双端输入处理. 的负反馈的作用) 双端输入处理 2.增加了一对共模信号, Uic1=Uic2= Ui/2. 增加了一对共模信号, 增加了一对共模信号 .
组合差分
→ UR2=0 即无反馈信号
共模负反馈电路具有较强的共模抑制能力,对差模信号无影响. 共模负反馈电路具有较强的共模抑制能力,对差模信号无影响.
提高输入级的速度电压增益高
组合差分输入级
共射—共基组合差放 共射 共基组合差放
由共射T 由共射 1,T2与共基电路 T3,T4组成的两级差放电路. 组成的两级差放电路. 信号从T 的集电极输出. 信号从 4的集电极输出. 共基电路的负载T5,T6,T5, 共基电路的负载 T6对称,且基极射极电位均相 对称, 同,因此流过T5,T6的电流相 因此流过 同. I I -I -I Io I
差分电路的分析
2. 动态分析 (2)对共模信号的抑制作用分析 )
工作原理
共模抑制比CMRR—衡量差放的一个重要指标. 衡量差放的一个重要指标. 共模抑制比 衡量差放的一个重要指标
AUd CMRR = AUc
双端输出: 双端输出: 单端输出: 单端输出:
或
AUd CMRR = 20lg (dB) AUc
差分放大电路的工作原理
差分电路的组成 即:hfe1=hfe2=hfe
完全对称的共射放大电 hie1= hie2= hie 路组成, 路组成,通过射极公共 ICBO1=ICBO2= I . 电阻R 耦合构成的. 电阻 ee耦合构成的CBO 对称 对称的两个结构 由对称的两个结构 UBE1=UBE2= UBE
Ui1 Ui
+
一对大小相等,极性相同的信号, 表示, 共模信号 一对大小相等,极性相同的信号,用Uic1,Uic2表示, , Uic1= Uic2
-
-
+ +
差模信号和共模信号 +
差分电路的分析
1. 静态分析
工作原理
2IeQ
请同学们计算I 请同学们计算 BQ,ICQ,UCEQ
差分电路的分析
2. 动态分析 (1)对差模信号的放大作用分析 ) Uid1= -Uid2 即相当于输入一对差模信号 Ib1= -Ib2 Ie1= -Ie2 -Uc1= Uc2 流过R 上的总电流: 流过 ee上的总电流: Ie=Ie1+Ie2= 0 Ree上交流压降为0. 上交流压降为 .
2. 动态分析 (1)对差模信号的放大作用分析 ) 双端输入—双端输出 双端输入 双端输出
工作原理
′ - hfe RL AUd = Rb + h ie
rid=2(Rb+hie) rod ≈2 Rc
是单管增益的一半
双端输入—单端输出 双端输入 单端输出
′ U o U cd1 1 hfe RL = AUd = = U id 2U id1 2 Rb + hie
恒流源差分放大电路
恒定电流
请同学计算电流源的电流
有源负载—提供大动态电阻 有源负载 提供大动态电阻
用恒流源输出等效高阻 代替实体电阻, 代替实体电阻,称该 电阻为有源负载. 电阻为有源负载.
恒流源差分放大电路
为了提高共模抑制比应加大 Ree .但Ree加大后,为保证工作 加大后, 提高负电源, 点不变,必须提高负电源 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 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 造大电阻,为此可用恒流源 3来 代替R 代替 e . 恒流源动态电阻大, 恒流源动态电阻大,可提高 共模抑制比.并可提供一个稳定 共模抑制比.并可提供一个稳定 的偏流. 的偏流.同时恒流源的管压降只 有几伏, 不必提高负电源之值 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
例题
求Uid1,Uid2,Uic , Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2 =(5-3)/2=1mV ( ) Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2 =(5+3)/2=4mV ( ) 求AUd → Uod
AUd
hfe Rc = = -31 Rb + hie + (1 + hfe ) RW /2
Ee U BE I BQ = = 4.37A Rb + (1 + β ) ( RW /2 + 2 Ree ) I CQ = β I BQ = 0.26mA ≈ I EQ 26mV hie = rbb′ + (1 + hfe ) = 6.2K I EQ (mA)
I BQ Rb + U BE + (1 + β ) I BQ RW /2 + (1 + β ) I BQ 2 Ree Ee = 0
Uo
′ - hfe RL U cd1 = U id1 Rb + hie ′ - hfe RL U cd2 = U id2 Rb + hie
rid=2(Rb+hie) rod=2Rc//(1/hoe) rod ≈2 Rc
Uid1
AU d
Rb
T1Rc
RL 2
RL Rc T2 2
Uid
Rb Uid2
差分电路的分析
hfe1hib 3 AU1 = hie1 hfb3ro 5 AU3 = hib3
r 差模输入电阻: 差模输入电阻: id=2hie
输入电阻高, 输入电阻高,电流和电压增益高
组合差分
共集—共基组合差放 共集 共基组合差放
T1,T2组成共集差放电路, 组成共集差放电路, 双入—双出. 双入 双出. 双出 T3,T4组成共基差放电路, 组成共基差放电路, 双入—双出. 双入 双出. 双出
由于I 很小→ I1≈I2 由于 B3很小
Ube=UD
hfe3 R3 1 ro3 = (1 + ) hoe3 Rb3 + hie3 + R3
Rb3=R1//R2
共模负反馈差放
R1R2两级的电流负反馈 共模信号由于存在较强 对共模信号由于存在较强 受到抑制, 的反馈而受到抑制 的反馈而受到抑制, 对差模信号反馈不存在, 对差模信号反馈不存在, 因此不影响差模信号 不影响差模信号. 因此不影响差模信号. 输入共模信号 输入共模信号Uic1 =Uic2 Uic1↑ Uic2↑
ric = [ Rb + hie + (1 + hfe ) 2 Ree ] 2 1 的被抑制,如温度等. 的被抑制,如温度等.
差放电路对共模信号具有很强的抑制能力, 差放电路对共模信号具有很强的抑制能力,Ree越大抑制 对于U 来说,两个输入端并联,因此差放双端共模输入电阻为 对于 ic来说,Auc远小于 .由外界因素产生的同向漂移将有效 : 能力越强, 远小于1. 能力越强 两个输入端并联,因此差放双端共模输入电阻为:
RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
两个三极管的特性一致, 两个三极管的特性一致, 电路参数对应相等.
差分电路的输入输出方式
输入方式 输出方式 单端输入 双端输入 单端输出 双端输出 Uo Uo Uo
工作原理
Ui2
差模信号 一对大小相等, 一对大小相等,极性 相反的信号, 相反的信号,用Uid1,Uid2 , 表示, 表示, Uid1= - Uid2