极管差分放大器
差分放大电路
实验十差分放大电路一、实验目的1、掌握差动放大电路原理与主要技术指标的测试方法。
2、掌握差动放大电路与具有镜像恒流源的差分放大电路的性能差别，明确提高性能的措施。
二、预习要求1．复习差分放大器工作原理及性能分析方法。
2．阅读实验原理，熟悉试验内容及步骤。
3．估算电路图的静态工作点，设各三极管β=30，rbe=1kΩ。
三、实验原理与参考电路1、差分放大电路的特点差分放大电路时模拟电路基本单元电路之一，是直接耦合放大电路的最佳电路形式，具有放差模信号、抑制共模干扰信号和零点漂移的功能。
图4.10.1所示电路，当开关S置于位置“1”时为典型差分放大电路；当开关S置于位置“2”时为镜像恒流源的差分放大电路。
图中三极管T3的；交流等效电阻rce3'远远大于Re，所以，恒流源差分放大电路对共模信号的抑制能力得到大大提高，故具有更高的共模抑制比KCMR。
实验电路采用5G921S型集成双差分对管。
由于制作差分对管的材料、工艺和使用环境相同、所以四只管子技术参数一直很好。
其外引线排列如图4.10.2所以。
1、8脚应接到电路的零电位上。
即使采用在同一基片上制造出阿里的差分对管也不能保证绝对的对称，因此，电路中还没有调零电位器RP1可使三极管T1、T2的集电极静态电流相等。
当放大其输入信号为零时，输出电压也为零。
R1、R2为均值电阻。
当采用平衡输入时，因 R1=R2，且两电阻中间接地，故输入信号能平均分配到T1、T2管发射结上，从而获得差模输入信号。
Re为T1、T2管发射极公共电阻，对其共模干扰信号具有很强的见交流负反馈作用，且Re越大，共模抑制比KCMR越高；Re对差模信号无负反馈作用，不影响差模放大倍数，但具有很强的直流负反馈作用，可稳定T1、T2两管的静态工作点并抑制输出端零点漂移。
电位器为Rp2为静态工作点调整电位器，调节Rp2可改变基准电流IREF，因为VBE3=VBE4、R5=R6，所以T1、T2的工作电流之和为ICQ1+ICQ2=2ICQ1=ICQ3=IREF。
电子管差分放大电路设计及优势解析
差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。
由于集成电路中晶体管的一致性好，且大电容不易制造，差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。
电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多，但在音频领域内实际应用并不多。
其基本电路如上图所示。
当两个电子管的特性一致时，两管的屏流相等，两个输出端的电压幅值相等，相位相反。
由于阴极电阻R5的作用，在电子管的栅极输入信号时，一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少，并且增加量与减少量相等，而输出电压则是二者之差，这正是差分电路名称的由来。
但当电子管的工作点选择不当时，仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况，即放大器出现了失真。
当双端输出时，失真被抵销一大部分，而单端输出时，失真并不能被抵销，与单管放大器（工作点相同）差不多。
电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高，两管一致性越好，电路性能越好。
此外还与阴极电阻R5有关，R5越大，电路性能越好。
但阴极电阻大，相应要求负电源电压高。
例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ，若每管屏流为1mA，则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。
为此，也可采用在阴极电路接入恒流源的方法，如下图所示，但又增加了电路的复杂性，恒流源除可采用晶体管，也可采用恒流二极管或电子管，此时，阴极负电压只需10～20V。
在采用阴极电阻的情况下，电阻大小可用下式计算：R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压，VG为栅负压，I为单管屏极电流。
当｜VS｜｜VG｜时，可按R5＝VS2／2I选取电阻。
当电阻接入电路后，其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异，但不影响正常工作）。
较之单管放大器，电子管差分放大器有如下优点：1.省去了阴极旁路电路，电路频响可至OHz，成为直流放大器，但高端频响不变。
2.具有高的共模抑制能力，对共模干扰、噪声及电源电压变化不敏感。
差分运算放大电路 温漂
差分运算放大电路（也称为差动放大器）设计时特别注重抑制由于温度变化导致的输入失调电压的变化，即温漂（Temperature Drift）。
在晶体管或场效应管组成的差分对中，两个对称结构的器件并联连接，它们的基极（或栅极）接收一对大小相等、极性相反的输入信号。
当环境温度变化时，通常会引起晶体管参数（如发射结电压Vbe）的变化，进而产生失调电压。
差分放大电路抑制温漂的主要原理和机制包括：
1. 元件匹配：通过使用特性尽可能一致的晶体管，并采取精密的布局和布线，使得两管受温度影响产生的失调电压趋于相同，在差分模式下相互抵消。
2. 负反馈机制：长尾电阻（共模负反馈电阻）能够有效地将共模信号（例如由温度引起的共同变化）转化为差模信号，然后被差分放大器本身所抑制。
3. 恒流源偏置：如果差分对的发射极加载一个恒定电流源，而不是简单的电阻，那么即使温度变化引起晶体管的发射极-基极电压Vbe发生变化，恒流源会维持集电极电流的稳定，进一步减少温度对输出电压的影
响。
通过这些设计手段，差分运算放大器能够显著地降低由温度引起的零点漂移，从而提高了电路在不同温度条件下的稳定性与精度。
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
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。
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。
电子管差分放大电路设计及优势解析
差分放大电路是为解决直流放大器的工作点漂移而出现的。
由于集成电路中晶体管的一致性好, 且大电容不易制造, 差分电路已成为模拟集成电路中放大电路的主要形式。
电子管差分放大器与晶体管差分放大器原理差不多, 但在音频领域内实际应用并不多。
其基本电路如上图所示。
当两个电子管的特性一致时, 两管的屏流相等, 两个输出端的电压幅值相等, 相位相反。
由于阴极电阻R5的作用, 在电子管的栅极输入信号时, 一个管子屏流的增加必然导致另一个管子屏流的减少, 并且增加量与减少量相等, 而输出电压则是二者之差, 这正是差分电路名称的由来。
但当电子管的工作点选择不当时, 仍可能出现一个管子的增加量不等于另一个管子减小量的情况, 即放大器出现了失真。
当双端输出时, 失真被抵销一大部分, 而单端输出时, 失真并不能被抵销, 与单管放大器（工作点相同）差不多。
电子管差分放大电路对管子的配对要求也比较高, 两管一致性越好, 电路性能越好。
此外还与阴极电阻R5有关, R5越大, 电路性能越好。
但阴极电阻大, 相应要求负电源电压高。
例如《电子报》2006年24期《电子管差分放大电路》一文阴极电阻高达68kΩ, 若每管屏流为1mA, 则负电源应达－134V）（栅负压－2V）功耗也增加。
为此, 也可采用在阴极电路接入恒流源的方法, 如下图所示, 但又增加了电路的复杂性, 恒流源除可采用晶体管, 也可采用恒流二极管或电子管, 此时, 阴极负电压只需10～20V。
在采用阴极电阻的情况下, 电阻大小可用下式计算:R5＝｜VS｜＋｜VG｜／2I式中VS为阴极负电压, VG为栅负压, I为单管屏极电流。
当｜VS｜｜VG｜时, 可按R5＝VS2／2I选取电阻。
当电阻接入电路后, 其直流负反馈作用可自动提供适宜的栅负压稳定工作点（工作点可能与原选值略有差异, 但不影响正常工作）。
较之单管放大器, 电子管差分放大器有如下优点:1.省去了阴极旁路电路, 电路频响可至OHz, 成为直流放大器, 但高端频响不变。
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
电子线路学习方法(十七)第九讲差分放大器电路分析方法
主 （） 电流和发射极 电流 ） 相等 。（ 这种 放大器 处 ， 要 说 明 以 下几 点 ：１ 差 分 放 大 器 电 ２） 路分析 的主 要难点是 ， 单端输入 式 电路 中 共有两 个输 出端和两 个输 入端 ， 在实用 电
共 模信 号也 是加 到两 只差 分放 大管
路 中可 以只用其 中的一个 ， 可以两个 同 输入信号 对两只三极 管的作用过程。这里 基 极 的信 号 ，但 是 这 两 个 信 号 大 小 相 等 、 也 主要记住 ， 当三极 管在基极直流偏 置 电流 相位相 同。如 ３所 示 ， 以将 引起两只放 所 时使 用 ，这一 点与一 般 的放 大器完 全 不
三极管 已处于 导通状 态 ， 图 １ 大管基极 电流 的相 同方向变化 ， 如 即一只三 同。（ 差分放大器 中会出现差模信 号和 的作用下 ， ３） 所示。（ ） ２ 对于双端输 出式 电路 ， 由于输 出 极 管基极 电流在增 大时 ， 另一只 三极管基 共模信 号。对差模信 号具有放 大能力 ， 对 不 极 电流也在等量增大。 共模信号 的放大 能力很低 ， 要求对差模信 信号从两只 三极管 的集 电极之间输 出 ， 共 模 信 号 是 没 用 的信 号 ， 差 分 放 大 是 号 的放大倍数愈 大愈好 ， 对共模信号 的放 同于 一般 放大 器从 三极 管集 电极 与地端
方 划 分有 双端输 出式和单 端输 出式 两种 电 反馈 过程 分析 中要 注意 这两种 不 同信号 输 入 了大小相等 、 向相 同的共模 信号。 （ ２）温度对三极 管影响引起的共模信号 。 路 ， 照信号输 入方式划 分有双端输 入式 情况。 按 和 单端输 入式 两种 电路 ， 根据输 入 、 出 输
（ ）放大器直流工作 电压 波动引起 的 而不是 一般放 大 生 ：１ 也可 以用来放大 交流 信号 ， 可 以用来 构 只三极管基极 之间输入 ， 还 所 成各种 用途 的放 大器 ， 一种 用途广 泛的 器 中从基极 与地端之 间输 入 ， 以输入信 共模信号。当直流工作 电压 ＋Ｖ 大小波动 是
差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的
差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的3.3差分放大电路 3.3.1差分放大电路的工作原理一、差分放大电路的组成及静态分析1、电路组成:差分放大器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。
“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。
2、电路特性:(1)差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用;(2)差动放大电路对差模信号有放大作用;(3)共模负反馈电阻Re的作用:?稳定静态工作点。
?对差模信号无影响。
?对共模信号有负反馈作用:Re越大对共模信号的抑制作用越强;也可能使电路的放大能力变差。
图1(a)电路 (b)直流通路3、静态分析V,U+IR EEBEQ1EEVU,EEBEQ1I ,EREVU,EEBEQII ,,CQCQ122REU,V,IR; U,V,IRCQ1CCCQ1C CQ2CCCQ2Cu,U -U,0oCQ1CQ2二、差分放大电路的动态分析1、差模输入与差模特性u ,–u i1i2u,u –u,2uidi1i2 i1u称为差模输入电压。
idi,–ic2c1i,I+i i,I+i,I-iC1CQ1c1 C2CQ2c2CQ1c1u,V –i R,U+ uC1CCC1CCQ1o1u,V –i R,U+ uC2CCC2CCQ2o2u,u –u,2uodC1C2o1图2差分放大电路差模信号输入(a)差模信号输入 (b)差模信号交流通路uod A,,Audud1uidR,,CA ,udrbe当图(a)所示电路中，两集电极之间接有负载电阻R时， L/ R,R//(R/2)LCL /R26mV26mV,,/Lrr(1)200(1),，，,,,，，,A ,bebbudI(mA)I(mA)rEQEQbeR= 2r ; R? 2R idbeOC例1、电路如图1所示，已知V,V,12V，R=20KΩ，R=10KΩ，R=20K CCEEECLΩ，V、V的β=β=80，U=U=0.7V，r’=200Ω。
简述集成运放的组成
简述集成运放的组成
集成运放是一种常用的电子元器件，它由多个电子元件组成。
这些元件包括晶体管、电容、电阻、二极管等。
集成运放的组成可以分为四个部分：输入级、差分放大器、输出级和电源。
输入级是集成运放的第一个部分，它主要由两个晶体管组成。
这两个晶体管构成了一个差分放大器，用于将输入信号转换为电压信号。
输入级还包括一个电容，用于滤除输入信号中的高频噪声。
差分放大器是集成运放的核心部分，它由多个晶体管、电容和电阻组成。
差分放大器的作用是将输入信号放大，并将其转换为差分信号。
差分信号是指两个输入信号之间的差值。
差分放大器还可以通过调整电阻值来改变放大倍数。
输出级是集成运放的第三个部分，它主要由一个晶体管和一个电阻组成。
输出级的作用是将差分信号转换为单端信号，并将其放大。
输出级还包括一个电容，用于滤除输出信号中的高频噪声。
电源是集成运放的最后一个部分，它主要由一个电源电容和一个电源电阻组成。
电源的作用是为集成运放提供电源电压。
电源电容可以滤除电源中的高频噪声，电源电阻可以限制电源电流。
集成运放是由多个电子元件组成的电子元器件。
它的组成包括输入级、差分放大器、输出级和电源。
每个部分都有其独特的作用，它们共同构成了集成运放的功能。
在实际应用中，我们可以根据需要
选择不同的集成运放，以满足不同的应用需求。
放大器的种类和工作原理
放大器的种类和工作原理
放大器是一种用于增强电信号强度的电子设备。
它的主要作用是将电子信号放大，以便可以在更远的距离或更少的噪声情况下传输。
放大器广泛应用于各种领域，包括无线电，音频放大，视频放大，雷达和通信等。
放大器有许多不同的种类，包括晶体管放大器，场效应管放大器，双极性晶体管放大器，功率放大器，运算放大器和差分放大器等。
这些放大器的工作原理也有所不同。
下面是一些常见的放大器及其工作原理：
1. 晶体管放大器：晶体管放大器是最常见的放大器之一，它的工作原理是利用三个区域的不同掺杂程度来控制电流的流动。
基极接收输入信号，发射极输出放大后的信号，而集电极则用于控制电流的流动。
2. 堆叠场效应管放大器：堆叠场效应管放大器是一种高增益放大器，它的工作原理是利用多个场效应管的垂直堆叠来增加增益和带宽。
3. 双极性晶体管放大器：双极性晶体管放大器是一种使用双极晶体管的放大器，它的工作原理是利用基极电流来控制输出电流。
4. 功率放大器：功率放大器是一种专门设计用于放大高功率信号的放大器。
它的工作原理是利用大功率晶体管或管子推动输出电流。
5. 运算放大器：运算放大器是一种高增益放大器，它的工作原理是通过对输入信号的差异进行放大和输出来进行运算。
6. 差分放大器：差分放大器是一种用于放大差分输入信号的放大器。
它的工作原理是将两个输入信号相减，并将其放大到输出端。
总的来说，放大器是一种非常重要的电子设备，它们可以帮助我们实现对电信号的高效控制和传输。
在选择放大器时，需要注意信号的频率，功率和噪声等参数，以便选择合适的放大器来满足特定的需求。
差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的
差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的3.3差分放大电路 3.3.1差分放大电路的工作原理一、差分放大电路的组成及静态分析1、电路组成:差分放大器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。
“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。
2、电路特性:(1)差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用;(2)差动放大电路对差模信号有放大作用;(3)共模负反馈电阻Re的作用:?稳定静态工作点。
?对差模信号无影响。
?对共模信号有负反馈作用:Re越大对共模信号的抑制作用越强;也可能使电路的放大能力变差。
图1(a)电路 (b)直流通路3、静态分析V,U+IR EEBEQ1EEVU,EEBEQ1I ,EREVU,EEBEQII ,,CQCQ122REU,V,IR; U,V,IRCQ1CCCQ1C CQ2CCCQ2Cu,U -U,0oCQ1CQ2二、差分放大电路的动态分析1、差模输入与差模特性u ,–u i1i2u,u –u,2uidi1i2 i1u称为差模输入电压。
idi,–ic2c1i,I+i i,I+i,I-iC1CQ1c1 C2CQ2c2CQ1c1u,V –i R,U+ uC1CCC1CCQ1o1u,V –i R,U+ uC2CCC2CCQ2o2u,u –u,2uodC1C2o1图2差分放大电路差模信号输入(a)差模信号输入 (b)差模信号交流通路uod A,,Audud1uidR,,CA ,udrbe当图(a)所示电路中，两集电极之间接有负载电阻R时， L/ R,R//(R/2)LCL /R26mV26mV,,/Lrr(1)200(1),，，,,,，，,A ,bebbudI(mA)I(mA)rEQEQbeR= 2r ; R? 2R idbeOC例1、电路如图1所示，已知V,V,12V，R=20KΩ，R=10KΩ，R=20K CCEEECLΩ，V、V的β=β=80，U=U=0.7V，r’=200Ω。
差分放大电路原理
差分放大电路原理1. 引言差分放大电路是一种常见的电路结构，用于放大差模信号。
它由两个输入端和一个输出端组成，输入信号经过放大后输出。
差分放大电路具有很多优点，如抗干扰能力强、共模抑制比高等，因此在各种应用中得到广泛使用。
2. 差分放大电路的基本结构差分放大电路由两个共源极或共射极的晶体管组成。
每个晶体管的源极或发射极通过一个负反馈网络连接到输入信号源，并且两个晶体管的栅极或基极交叉连接。
输出信号则通过输出负载连接到晶体管的漏极或集电极。
3. 差分放大电路工作原理当输入信号施加到差动对上时，两个晶体管将以不同的方式响应。
一个晶体管将被驱动进入饱和区，而另一个则处于截止区。
这使得输出信号具有较高的增益和较大的动态范围。
具体来说，当输入信号的差模分量为0时，即两个输入信号相等时，差分放大电路处于平衡状态。
此时，两个晶体管的工作点相同，输出电压为零。
当输入信号发生微小变化时，会引起两个晶体管的工作点发生微小偏移，从而产生一个微小的差模输出信号。
这个微小的差模输出信号经过放大器放大后得到一个较大的输出信号。
放大倍数取决于晶体管的特性和负反馈网络中的元件参数。
通过调整这些参数，可以实现不同增益和频率响应。
4. 差分放大电路的优点4.1 抗干扰能力强差分放大电路具有良好的抗干扰能力。
由于输入信号同时施加在两个输入端上，并且在输出端只关心差模分量，所以共模干扰对输出信号影响较小。
这使得差分放大电路在噪声环境下表现出色，并且适用于需要高抗干扰能力的应用场景。
4.2 共模抑制比高共模抑制比是衡量差分放大电路性能的重要指标之一。
它表示当两个输入信号的共模分量发生变化时，差分放大电路输出信号的变化程度。
较高的共模抑制比意味着差分放大电路对共模干扰更不敏感，可以提供更稳定和准确的输出信号。
4.3 输入阻抗高差分放大电路具有较高的输入阻抗，可以有效地接收来自外部信号源的信号。
这使得它在各种应用中可以与其他电路连接，实现信号传输和处理。
差分放大器知识讲座
考虑下图所示差分电路，假定M1与M2工作在饱 和区，且Vi1与Vi2为较小值，下面通过小信号
分析求出差分电压增益Vo /(Vi1－Vi2)。
VDD
R1
R2
Vo1
Vo2
Vi1 +-
M1
M2
IS
+- Vi2
基本差分对-差分对的差分工作
(1) 差模增益
1) 双端输入双端输出时的差模电压增益
采用“半电路概念”对理想的基本差分对进行小信号分析，
17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。下午11时58分18秒下午11时58分23:58:1821.8.27
基本差分对
先假定输入差分对管M1与M2为一理想的差分对， 即M1与M2的几何尺寸完全相同，电路中的两条支 路完全对称。因此在共模输入时，差分对的共模输
概述
差分工作模式，能很好抑制电源电压中的噪声 。 差分信号作为输出可以增大最大输出压摆。 采用差分工作模式抑制环境噪声是以电路面积为
代价的，但对于在单端模式时采用别的方法来抑 制环境噪声的干扰的电路面积而言还是较小的。 差分模式的优点远远大于它的缺点，因而在实际 电路设计中经常采用差分电路以获得高性能。 另外，差分电路还具有偏置电路简单和线性度高 等优点。
当Vic≥Vth 时M1、M2导通，电路开始正常工作，差分对管的漏极电流ID1与ID2随 输入对管的过驱动电压的增大而增大，VQ的电位也同步上升，即M1、M2构成源跟 随器，强迫VQ跟随Vic，直至Vic足够大时，M3的漏-源电压Vic－VGS1 （或Vic－ VGS2）大于VGS3－Vth3而进入饱和区，使得M1、M2的总电流保持为一常数，所以 差分对正常工作的一个条件为输入共模电平下限值：Vic≥VGS1＋(VGS3－Vth3)。
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。
三极管差分放大电路
三极管差分放大电路差分放大器是一种变换器，它可以将输入信号的差分模式放大到电路输出端的差分模式。
它的主要应用包括模拟信号处理，信号转换，线性放大等领域。
三极管差分放大电路是一种常见的差分放大电路，它采用了三极管作为放大元件。
本文将介绍三极管差分放大电路的器件原理，工作原理，以及其在实际电路应用中的优缺点。
三极管是一种常见的半导体元件，它有三个引脚：发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。
当基极上有电压时，三极管就可以工作了。
三极管的工作原理是：当基极与发射极之间的电压大于某个阈值电压时（一般是0.7V），三极管就开始导电，此时电流从发射极流入，流到集电极，形成一个正向放大器件。
与此同时，当基极与发射极之间的电压小于零时，三极管就停止导电，此时电流不流过这个三极管，形成一个关闭状态。
三极管的差分放大器基本原理是建立在对三极管阻容负反馈的基础之上的。
三极管差分放大电路由两个普通的晶体管组成，分别被分配作为信号输入和反馈放大器。
该电路将这两个晶体管作为差分对极，使它们以相似的方式工作。
通过根据输入差分信号的放大程度对输出信号的控制来实现放大，反馈使放大器电路更稳定，减少了噪音和失真。
三极管差分放大电路可以看做是两个普通的晶体管共同构成的放大器，每个晶体管都可以看做是单独的放大器。
两个晶体管的输出信号合并在一个负载电阻上，得到的输出电压是对输入信号的放大倍数。
当信号为差分信号时，两个晶体管将被分配为正反向放大器。
也就是说，一个晶体管将被做为正向放大器，而另一个晶体管将被做为反向放大器。
差分信号将被应用于这两个晶体管的基极端，而反馈信号将被应用于晶体管的集电端。
差分模式放大电路的输出电压为：Vout= Vd * Ad其中，Vd是输入信号的差分模式电压值，Ad是差分放大电路的差分模式放大倍数。
差分放大电路的放大倍数主要取决于其输入电路和管子的参数，以及反馈电路的参数。
可以采取一些实现方案来改变差分放大电路的增益倍数。
差分放大器直流偏置
差分放大器直流偏置差分放大器的特点可以通过典型电路的交流、直流工作情况来说明。
根据图13－6电路的参数，我们就可以分析电路的交、直流工作特性。
为了简化图13－6电路的分析，我们作两个假设。
一是因为基极电流很小，假设三极管的基极与地同电位；第二假定三极管是导通的。
如果基极是0V，那么发射极必定为－0.7V，这是使晶体管导通的必需条件。
利用基本的假设，我们先分析电路的直流工作特性，用RE 两端的电位求出它的压降。
URE＝（－0.7V）－（－12V）= 11.3V求出发射极电阻上的电流：IRE = URE / RE＝11.3V / 3.9kΩ = 2.90mA假设两边是平衡的，每个晶体管将通过一半电流。
IE = 2.13mA / 2＝1.45mA照例，我们假设集电极电流等于发射极电流。
每个集电极电阻的压降是：URC=1.45mA×4.7kΩ=6.81V用基尔霍电压定律求UCE：UCE =UCC－URC－UE＝12－6.81－(－0.7)＝5.89V上述对直流的分析说明了图13－6差分放大器的静态特性具有好的线性工作范围。
注意集电极到发射极的电压大约是集电极电源电压的一半。
另外，对于2N222，假设β是200，基极电流是：IB＝IC/β ＝1..45/200＝7.3μA每个10kΩ的基极电阻上流过IB，电阻上的电压降是：URB = 7.3μA×10kΩ = 73mV每个基极相对地是－73mV。
记住基极电子电流是从NPN 晶体管流出的。
电流流向使图13－6的基极对地有微微负电位。
73mV与UBE=700mV相比是很小的，因此前面的假设是合理的。
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Auc= Auc1－Auc2（7）
3、共模抑制比
共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即：
（8）
共模抑制比说明了差分放大器对共模信号的抑制能力，其值越大，则抑制能力越强，放大器的性能越好。
对于单端输出电路，由（3）式与（6）式，可以得到共模抑制比：
（9）
上式表明，提高共模抑制比的主要途径是增加Re的阻值。但当工作电流给定后，加大Re势必要提高EC。
Vo2
0.1v
50mv
-50mv
4.0v
2.02v
2,03v
表1-2差模实验数据
当输入是共模信号的时候，测得数据如表1-3所示：
V1
Vi1
Vi2
Vo
Vo1
Vo2
0.1v
0.1v
0.1v
35mv
41.8mv
42.0mv
表1-3共模实验数据
经过测试，电路工作正常，并能达到预定的精度。
五、问题总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）
创新实验项目报告书
实验名称
三极管差分放大器
日期
2012-3-9
姓名
专业
电子信息工程
一、实验目的（详细指明输入输出）
1、深入研究三极管差分放大器的原理。
2、差分输入电压Vid≤100mV；
3、要求放大电路增益≥20dB；
4、3dB带宽10Hz~1MHz；
5、尽可能提高共模拟制比(KCMR)。
二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）
根据如上所示的原理分析我们自己设计了电路并进行实际仿真软件的仿真如图3-2所示：
图3-2仿真原理图
在未接入信号的时候，只加电源，调节滑动变阻器的阻值，使得两个三极管静态工作点达到相同并满足三极管工作在放大区的条件。
1.1差模信号的仿真实验
按照实验步骤在两输入端输入频率f = 1MHz，Uid1=－Uid2= 1mV的差模信号，观察到的波形图如图3-3所示:
考虑负载RL后，双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：
（2）
式中
双端输入——单端输出差分放大器的差模电压放大倍数为:
（3）
2、共模电压放大倍数
当输入共模信号时，Re上的压降为UE=2IERe，在画等效电路时把两管拆开，流过射极电路的电流为IE，为了保持电压UE不变，应把每管的发射极电阻Re增加一倍。当从两管的集电极输出时，如果电路完全对称，则输出电压Uoc= Uoc1－Uoc2= 0，因此双端输出时的共模电压放大倍数Auc为：
为了在不用提高电源电压的情况下，能够显著地增大Re，可用晶体管构成的恒流源来代替Re。
三、实验步骤（记录实验流程，提炼关键步骤）
a)确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图。
b)在仿真软件上进行仿真。
c)进行硬件仿真。
d)按照电路原理图焊接电路板。
e)对电路板进行调试，并进行改进。
四、实验结果（详细列出实验数据、protel实际电路图和结论分析）
（4）
如果采用双端输入——单端输出的方式，则共模电压放大倍数为：
（5）
通常1，2ReRb1+ rbe，故上式可简化为：
（6）
从上述讨论可知，共模电压放大倍数越小，对共模信号的抑制作用就越强，放大器的性能就越好。在电路完全对称的条件下，双端输出的差分放大器对共模信号没有放大能力，完全抑制了零点漂移。实际上，电路不可能完全对称，Auc并不为零，但由于Re的负反馈作用，对共模信号的抑制能力还是很强的。在Re取值足够大的情况下，即使是单端输出，也能把Auc1压得很低。如果电路不对称，则（4）式不为零，所以双端输入——双端输出时的Auc应写成:
差分放大器能够放大差模信号并抑制共模信号。实验步骤较多，能够自己调试出来两三极管的静态工作点，输出随着输入信号的加入方式不同或者信号幅度不同而变化，输出波形较好。
1、差模电压放大倍数
对于差模信号，由于Uid1=－Uid2，故射极电阻Re上的电流相互抵消，其压降保持不变，即UE= 0，可得到差模输入时的交流等效电路，如图2所示，由于电路对称，每个半边与单管共射极放大器完全一样。
双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为:
（1）
可见Aud与单管共射极放大器的电压放大倍数Au相同。
图1-1差分放大器实验原理图
差分放大器是基本放大电路之一，由于它具有抑制零点漂移的优异性能，因此得到广泛的应用，并成为集成电路中重要的基本单元电路，常作为集成运算放大器的输入级。
典型的差分放大器电路如图1所示。即使在不对称的情况下，它也能较好地放大差模信号，而对共模信号的放大能力则很差，从而抑制了零点漂移。这一电路的特点，是在发射极串联了一个电阻Re。通常Re取值较大，由于分占了稳压电源较大的电压，使两管的静态工作点处于不合理的位置，因此引进辅助电源EE（一般取EE=－EC），以抵消Re上的直流压降，并为基极提供适当的偏置。如图3-1所示，当输入差模信号时，T1管的ic1增加，T2管的ic2减小，增减的量相等，因此两管的电流通过Re的信号分量相等但方向相反，他们相互抵消，所以Re可视为短路，这时图1中的差分放大器就变成了没有Re的基本差分放大器电路，它对差模信号具有一定的放大能力。
图3-3差模信号的输入和输出波形
在这里，我们明显的观察到输入信号和输出信号是反相的关系，放大倍数约为100倍。
1.2共模信号的分析
当输入频率f = 1000Hz，Uic= 100mV的共模信号时，波形如图3-5所示：
图3-5共模时输入与输出波形图
可见，此时输出信号是0，共模电压放大倍数为0。
仿真结果与我们预期要验证的差分放大器结果近似相符合，满足了放大差模信号，抑制共模信号，共模抑制比为无穷大的特点。
1.3实际实接好实物并亲手进行了实验。根据要求，测出了静态工作点，如表1-1所示：
Vb1
Vb2
Vc1
Vc2
Ve
-0.084
-0.074
6.44
6.41
-0.756
表1-1静态工作点
当输入是差模信号时,测得输入与输出电压值如表1-2所示：
Vi
Vi1
Vi2
Vo
Vo1