差动放大电路
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第13讲--差动放大电路课件
+ T1 RC1 uBE1
－ iE1
RS2 －
+ uod －
+
+
uo1
uo2
－
－
RE iE
iC2
iB2 T2
RC2
+
uBE2 －
iE2
❖ 由三极管e极电流与e极电压指数关系，电流方程：
iC1
iE1＝I ES
exp( u BE1 UT
)
iE iE1 iE2 iC1 iC2
iC 2
iE2＝I ES
2024/10/10
电子电路基础
第十三讲 差动放大电路 （1）
1
主要内容
7.1 基本电路及特征分析 7.2 双端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.3 单端输入、双端输出差动放大电路旳特征 7.4 单端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.5 有源偏置差动放大电路
2
零点漂移
❖ 放大电路无输入时，还有缓慢变化旳电压 输出旳现象为零点漂移
(2)先求rbe,再用前述公式
rbe
rbb
UT ICQ
134 100 26 1.1
2.5(k)
ASD
RC1 //( RL / 2)
RS1 rbe1
100 5 // 5 71
1 2.5
VCC
iC1
iC2
RC1
RL
RC2
Ri 2(RS1 rbe1)
2 (1 2.5) 7(k)
❖ 增大发射极电阻RE旳阻值，线性范围增大
uo1, uo2
uo2
uodm
uo1
RE 小
RE 大
uid
0
电压传输特性
第二节差动式放大电路
差摸信号：是指两个幅度相等、极性相反的双端输入信号
共摸信号：是指两个幅度相等、极性相同的双端输入信号。
差摸、共摸混合信号：是指两个极性相同（或不同）、幅度 不等的信号加在差分放大电路的输入端，则相当于一组差模 信号迭加在共模信号上，共同加在差分放大电路的输入端。
差模信号
共模信号
（一）工作原理：
各元件相同：即T1，T2管对称
第六章 集成运算放大器
第二节 差动式放大电路 (Differential Amplifier)
一、基本差动放大电路
电路组成
特点： a.两只完全相同的管子； b.两个输入端，
两个输出端； c.元件参数对称；
差分放大电路一般有两个输入端：反相输入端和同相输入端， 如图所示。在输入端ui1输入极性为正的信号，输出信号极性 与其相反，称该输入端为反相输入端。在输入端ui2 输入极 性为正的信号，而输出信号极性与其相同，称该输入端为同 相输入端。极性的判断以图中确定的正方向为准。
分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配， 尽可能保证阻值对称性精度满足要求。
结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大
电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点 漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。
2。差模输入方式
Ui1=Uid，Ui2=Uid
差模输入信号为Ui1 － Ui2=2 Uid
若Ui1的瞬时极性与参考 极性一致，则Ui2的瞬时 极性与参考极性相反。则
有：
ui1↑→ib1 ↑ →ic1 ↑ →uc1↓
ui2 ↓ →ib2 ↓ →ic2 ↓ →uc2 ↑
差模输入方式
输出电压uO= uC1 － uC2≠0，而是出现 了信号，记为Uod。
共摸信号：是指两个幅度相等、极性相同的双端输入信号。
差摸、共摸混合信号：是指两个极性相同（或不同）、幅度 不等的信号加在差分放大电路的输入端，则相当于一组差模 信号迭加在共模信号上，共同加在差分放大电路的输入端。
差模信号
共模信号
（一）工作原理：
各元件相同：即T1，T2管对称
第六章 集成运算放大器
第二节 差动式放大电路 (Differential Amplifier)
一、基本差动放大电路
电路组成
特点： a.两只完全相同的管子； b.两个输入端，
两个输出端； c.元件参数对称；
差分放大电路一般有两个输入端：反相输入端和同相输入端， 如图所示。在输入端ui1输入极性为正的信号，输出信号极性 与其相反，称该输入端为反相输入端。在输入端ui2 输入极 性为正的信号，而输出信号极性与其相同，称该输入端为同 相输入端。极性的判断以图中确定的正方向为准。
分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配， 尽可能保证阻值对称性精度满足要求。
结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大
电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点 漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。
2。差模输入方式
Ui1=Uid，Ui2=Uid
差模输入信号为Ui1 － Ui2=2 Uid
若Ui1的瞬时极性与参考 极性一致，则Ui2的瞬时 极性与参考极性相反。则
有：
ui1↑→ib1 ↑ →ic1 ↑ →uc1↓
ui2 ↓ →ib2 ↓ →ic2 ↓ →uc2 ↑
差模输入方式
输出电压uO= uC1 － uC2≠0，而是出现 了信号，记为Uod。
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第一节差动放大电路
温漂严重干扰了放大器的工作，会引起输出信号失真， 严重时会把有用信号完全淹没。这是直流放大器必须克服的 问题。实用中常采用多种补偿措施来抑制温漂，其中最为有 效的方法是使用差动放大电路。该电路也是集成运算放大器 的输入级电路。
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
差动放大电路
uic = (ui1+ ui2 ) / 2
ui1 = 1.01 = 1.00 + 0.01 (V) ui2 = 0.99 = 1.00 – 0.01 (V) = 1.01 – 0.99 = 0.02 (V) u = u + 1 u
i1 = ic + 2 id
3 差动放大电路的计算
RC RC
uo ui1
例1
RC
(1)求差模输入电压 uid 、共模输入电压 uic ) +VCC (2) 若 Aud = – 50、 Auc = – 0.05 ) 、
RC
uo 求输出电压 uo，及 KCMR 1.01 V uC2 0.99 V uC1 [解](1) 可将任意输入信号分解为 ui2 ) ui1 V V2 1 共模信号和差模信号之和 共模信号 差模信号 R
(1)求静态工作点； )求静态工作点； +V RC +6CC V 7.5 k ui2 V2 IREF
Hale Waihona Puke K CMRAud = Auc
实际中还常用对数的形式表示共模抑制比， 实际中还常用对数的形式表示共模抑制比，即 常用对数的形式表示共模抑制比
Aud K CMR (dB ) = 20 lg Auc
值越大， 若Auc＝0，则KCMR→∞，这是理想情况。这个值越大，表 ， ，这是理想情况。这个值越大 示电路对共模信号的抑制能力越好 抑制能力越好。 示电路对共模信号的抑制能力越好。一般差动放大电路的 KCMR约为 约为60dB，较好的可达 ，较好的可达120dB。 。
EE
VEE
uid = u i1 – u i2
= 1 (V) ui2 = uic 1 uid 2 uod = Auduid = – 50 × 0.02 = – 1 (V) (2) ) uoc = Aucuic = – 0.05 × 1 = – 0.05 (V) uo = Auduid + Aucuic = –1.05 (V) 50 Aud = 20 lg K CMR (dB ) = 20 lg = 60 (dB) 0.05 Auc
差动放大电路
为了表示由于温度变化引起的漂移，常把温度每升高 1oC时，输出电压的变化量ΔUo按放大电路的总增益Au折 合到输入端的等效输入漂移电压ΔUi作为温漂指标。
温漂是直接耦合放大电路所特有的现象，也是最棘手 的问题。人们采用各种补偿措施来抑制温漂，其中最有 效的方法是使用差动放大电路来抑制零点漂移。
1.2 差动放大电路的对零点漂移的抑制
VEE
图 8.10 差模输入电路
VCC
ic1
ic2
Rb
uic
ui1 ib1
Rc
Rc
uoc
T1
T2
ie1
ie2
Rb ib2 ui2
Re
VEE
图 8.11 共模输入电路
差模输入时，ui1 = - ui2，由于两管的输入电压方向 相反，流过两管的电流方向也相反。一管电流增加，另 一管的电流减小，在电路完全对称的条件下，ic1增加的 量与ic2减小的量相等，所以流过Re的电流变化为零，则 URe = 0。可以认为：Re对差模信号呈短路状态，交流通 路如图8.12所示，由图可以看出，当从两管集电极取电 压时，其差模电压放大倍数表示为
故输出电压
uo UC1 UC2 0
由此可知，输入信号为零时，基本差动放大电路的输 出信号电压uo也为零。
VCC
Rb1 ui1
Rc1
Rc2
T1
T2
RP
Rb2 ui2
Re VEE
图 8.9 基本差动放大电路
2. 抑制零点漂移的演示
演示过程如下：
（1）当将两输入端与地连接即uபைடு நூலகம் = 0时，将万用表直 流电压挡接在输出端，此时会发现，万用表的指针几乎 不动，即Uo = 0 。如果有偏差，可通过调节电位器RP 弥 补因两管参数误差造成的不对称性，可使输出电压Uo = 0。
差动放大电路(
§5、1差动放大电路(第三页)这一页我们来学习另一种差动放大电路和差动放大电路的四种接法一：恒流源差动放大电路我们知道长尾式差动电路，由于接入Re，提高了共模信号的抑制能力，且Re越大，抑制能力越强，但Re增大，使得Re上的直流压降增大，要使管子能正常工作，必须提高UEE的值，这样做是很不划算的。
因此我们用恒流源代替Re，它的电路图如右图所示：恒流源差动放大电路的指标运算，与长尾式完全一样，只需用ro3代替Re即可二：差动放大电路的四种接法差动放大电路有两个输入端和两个输出端，因此信号的输入、输出方式有四种情况。
（1）双端输入、双端输出它的电路的接法如图（1）所示：差模电压的放大倍数为：共模电压的放大倍数为：共模抑制比为：CMRR→∞(2)双端输入、单端输出它的电路接法如图(2)所示:差模电压的放大倍数为:共模电压的放大倍数为:共模抑制比为:(3)单端输入、双端输出它的电路接法如图（3）所示：这种放大电路忽略共模信号的放大作用时，它就等效为双端输入的情况。
双端输入的结论均适用单端输入、双端输出。
(4)单端输入、双端输出它的电路的接法如图（4）所示：它等效于双端输入、单端输出。
这种接法的特点是：它比单管基本放大电路的抑制零漂的能力强，还可根据不同的输出端，得到同相或反相关系。
三：总结由以上我们可以看出：差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模电压放大倍数与单管基本的放大电路相同；如为单端输出，它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半，输入电阻都相同。
下一节返回§5、2集成运算放大器集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路一：集成运放的组成它有四部分组成：1、偏置电路；2、输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路3、中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。
4、输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路二：集成运放的性能指标（扼要介绍）1、开环差模电压放大倍数 Aod它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。
差动放大电路
当电源电压或温度变化时，两管的集电极电流和电位同时发生变化，输
出电压Uo＝UCE1－UCE2＝0。因此，尽管各管的零点漂移仍存在，但输出电 压为零，整个放大电路的零点漂移得到抑制。
差
动
放差
大 电 路
动 放 大 电
路
的
分
析
1.2
第5页
2 动态分析
当有信号输入时，对称差动放大电路可以分为差模输入和共模输入两种 情况进行分析。其中，放大器两端分别输入大小相等、极性相反的信号（即 ui1＝－ui2）时称为差模输入；放大器两端分别输入大小相等、极性相同的信 号（即ui1＝ui2）时称为共模输入。
Aud
Aud1
RC
rbe
两输入端之间的差模输入电阻为：
rid 2(RS rbe )
两输出端之间的差模输出电阻为：
rod 2RC
差
动
放差
大 电 路
动 放 大 电
路
的
分
析
1.2
第8页
2 动态分析
2）共模输入
在共模输入信号的作用下，对于完全对称的差动放大电路来说，两管的 集电极电位变化相同，因而输出电压等于零，所以，差动放大电路对共模信 号没有放大能力，即放大倍数Auc为零。
电 工 电 子 技 术
过渡页
第2页
差动放大电路
• 1.1 概述 • 1.2 差动放大电路的分析
差 动 放 大 电 路
概 述
1.1
第3页
差动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10-16所示。对称的含义是两个晶体管的特性一致，电路参数对应）和两个输出端（晶体 管的集电极）。若信号同时从两个输入 端加入，称为双端输入；若信号仅从一 个输入端加入，称为单端输入。若信号 同时从两个输出端输出称为双端输出； 若信号仅从一个输出端输出称为单端输 出。
差动放大电路
号的变化。
有时，为简化起见，常常用一个简 化的恒流源符号来表示恒流管VT3 的具 体电路，如图3.9所示。
图3.9 集成运算放大器
3.2.1 集成运算放大器的基本组成
集成运算放大器实质上是一个具有高 电压放大倍数的多级直接耦合放大电路。 从20世纪60年代发展至今已经历了四代产 品，类型和品种相当丰富，但在结构上基 本一致，其内部通常包含四个基本组成部 分：输入级、中间级、输出级以及偏置电 路，如图3.12所示。
1.单端输入
单端输入和双端输入并没有本质的区
别，可以直接利用双端输入时的公式进行
计算。
2.单端输出
单端输出的输出信号可以取自VT1 或 VT2的集电极。
（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud1 （2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc1 （3）单端输出时的共模抑制比KCMR （4）单端输出时差动放大电路的输出电阻rod
5.输入失调电压温漂ΔUIO/ΔT和
输入失调电流温漂ΔIIO/ΔT
6.共模抑制比KCMR
7.差模输入电阻rid 8.输出电阻rod
集成运算放大器使用 中的几个具体问题
3.2.3
1.集成运放的选择 （1）信号源的性质 （2）负载的性质 （3）精度要求 （4）环境条件
2.集成运放参数的测试
以μA741为例，其管脚排列如图3.14(a) 所示。其中2脚为反相输入端，3脚为同相
（1）它由两个完全对称的共射电 路组合而成。 （2）电路采用正负双电源供电。
图3.1 典型基本差动放大电路
2.差动放大电路抑制零点漂移的原理
由于电路的对称性，温度的变化对VT1、 VT2 两管组成的左右两个放大电路的影响 是一致的，相当于给两个放大电路同时加 入了大小和极性完全相同的输入信号。因 此，在电路完全对称的情况下，两管的集 电极电位始终相同，差动放大电路的输出 为零，不会出现普通直接耦合放大电路中 的漂移电压，可见，差动放大电路利用电 路对称性抑制了零点漂移现象。
差动放大电路
图5-4
为了保证各级都有合适的动态范围，就必须 采取有效措施，既保证各级工作点合理，又保 证直流信号能有效的传递。通常采用的措施是 提高后级的发射级电位，见图5-5所示。a图采 用稳压二极管，b图采用电阻。容易理解a图的 办法较好，因为稳压管的动态电阻很小，对放 大器的放大倍数影响小。
图5-5
2.零点漂移问题
实验研究发现，直接耦合放大器即使将输入 端短路，输出电压并不为零。而且这个不为零 的电压会随时间作缓慢的、无规则的、持续的 变动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。产 生这种现象的原因在于直接耦合，当外界因素 （如温度、电源电压、晶体管内部的杂散参数 等）变化时输出电压随之变化。其中温度的影 响最大，所以有时把零漂也叫温漂。第一级的 零漂经第二级放大，再传给第三级，依次传递 的结果使外界参数的微小变化，在输出端产生
差模输入电压
U od U c1 U c2 2U c1 2U c 2
差模电压放大倍数
Aud U od 2U c1 Au1 Au 2 U id 2U i1
即差动式放大电路的差模电压放大倍 数等于单管共射极电路的电压放大倍数。
Aud Au1 RC rbe RS
2.动态分析
（1）差模输入
（2）共模输入 （3）抑制零点漂移的原理
（1）差模输入
放大器的两个输入端分别输入大小 相等极性相反的信号（即Ui1＝－Ui2）， 这种输入方式称为差模输入。
U id U i1 U i 2 2U i1 2U i 2
U i1 1 U id 2
1 U i 2 U id 2
图5-9
共模电压放大倍数为
Ac＝-
RC RS rbe 2( 1 )RE
差动放大电路
差动放大电路差动放大电路是一种常用的电子电路，用于放大和增强信号。
它由多个放大器组成，每个放大器都有一个输入端和一个输出端，通过适当的连接方式，可以实现信号的差分放大。
差动放大电路常用于音频放大、信号处理等领域，下面我们来详细介绍一下它的原理和应用。
差动放大电路的基本原理是利用两个相互耦合的放大器同时对输入信号进行放大，然后将它们的输出信号相减得到差分信号。
其优点是可以抑制共模信号，提高系统的抗干扰能力，减小噪声的影响。
差动放大电路可以分为单端输入差动放大电路和双端输入差动放大电路两种。
单端输入差动放大电路一般由一个差动放大器和一个普通放大器组成，其基本结构如下：（此处省略图片描述）图中的OA1和OA2为两个放大器，VIN+和VIN-为差动输入信号，VOUT为输出信号。
而双端输入差动放大电路一般由两个差动放大器组成，其基本结构如下：（此处省略图片描述）图中的OA1和OA2为两个放大器，VIN1+和VIN1-为一个差动输入信号，VIN2+和VIN2-为另一个差动输入信号，VOUT为输出信号。
差动放大电路的输出电压可以用以下公式来表示：VOUT = (V1 - V2) * A其中，V1和V2分别为输入信号的电压，A为放大器的放大倍数。
差动放大电路的应用非常广泛。
例如，在音频放大领域，差动放大电路常用于放大麦克风、音乐设备等音频信号，并提供高质量的声音。
此外，它还常被应用于仪器仪表、通信设备、测量系统等领域，用于放大小信号、增强信号的稳定性和精确性。
总结一下，差动放大电路是一种用于放大和增强信号的电子电路。
它能够通过差分放大的方式来抑制共模信号，提高系统的抗干扰能力。
差动放大电路的结构和工作原理相对简单，应用范围广泛。
无论是音频放大、信号处理还是其他领域，差动放大电路都发挥着重要作用。
希望通过本文的介绍，您对差动放大电路有了更深入的了解。
差动放大电路
二、 抑制零漂的原理
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时： uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
14
三、差模电压放 大倍数Aud
差模输入电压：Uid＝Ui1－Ui2
差模输入信号： ui1 =- ui2 =1/2*Uid （大小相等，极性相反） 因ui1 = -ui2， uo1 =-uo2 uo= uo1 - uo2= 2uo1
输入电阻 Ri 2( Rb rbe) 输入：单端或双端；双端输出
RL 2 ; Ac 0; Ro 2 Rc Ad Rb rbe R e //
输入：单端或双端；单端输出 单端输入
RL ( Rc // RL) 2 ; Ac Ad ; Ro Rc 2( Rb rbe ) Rb rbe 2(1 ) Re R e //
7
直接耦合
＋EC RB1 RC1 V1 Rs ＋ Us － RC2 V2 VZ ＋ Uo －
为了避免电容对缓慢信号带来的不良影响，去掉耦合电容， 将前级输出直接连到下一级，我们称之为直接耦合。 直接耦合的缺点：适用传送缓慢变化的信号。 直接耦合的缺点：前后级Q点相互影响。零点漂移。
8
变压器耦合
T1 RB11 V2 RB22 CE1 CB RE2 CE2 RB12 ＋EC T2 RL
40
uOd ic( Rc // RL) ( Rc // RL) Ad uid 2ib( Rb rbe) 2( Rb rbe) Ri 2( Rb rbe); Ro Rc
41
42
上面两图为：单端输入，双端输出
差动放大电路
0 (理想化)。但因两侧不完全对称， uo 0 uo 共模电压放大倍数 AC = u （很小，<1) i1
4.差模电压放大倍数Ad
R1 R
B
+UCC RC R1 R T2
B
RC
uC1 uo uC2
T1
ui1
ui2
当ui1 =- ui2（大小相等，极性相反），差模输入信号 设ui1 ,ui2 , 使uC1 ,uC2 。设uC1 =uC1 - uC1 , uC2 =uC2 + uC2 。因ui1 = -ui2， uC1 = uC2
例如
假设
Au1 = 100, Au2 = 100 Au = 10000
Rb1
Rc1 T1 Re1
Re2 T2
+ VCC + uo
若输出有1 V的漂 + 移电压 。 ui — 则等效输入有100 uV的漂移电压 等效 100 uV
- VEE
漂移 1V
3. 减小零漂的措施 采用差动放大电路
第一级是关键
即：总的差动电 压放大倍数为：
ic1 ic2 uod uod1
RC T2
RB ib2 R ui2
T1
ui1
uod2 E
uod1 uod 2 Ad 1ui1 Ad 2ui 2 Ad Ad 1 Ad 2 ui ui
若差动电路带负载RL (接在 C1 与 C2 之间), 对于差 动信号而言，RL中点电位为 0, 所以放大倍数：
ui2
双电源的作用：
（1）使信号变化幅度加大。
（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。
+UCC
二、 静态分析
1. RE的作用 —— 抑制温度 漂移，稳定静 ui1 态工作点。
差动放大电路
T2
2RE
2RE
uic2
(1) 共模放大倍数
RC
uoc1 Au1 uic1
RC
ic2 ic1
uo T T2
uoc2 Au 2 uic2
RB
RB
c uoc1 uoc2 1
uoc uoc1 uoc2 0
uic2
uic1
2RE
共模抑制比
2RE
Auc 0
Aud Auc
KCMR =
U R2
R1
R2 VEE R1 R2
U R 2 U BE3 R3
T3
I E3
R2
R3 -VEE
1 1 I C1 I C2 I C3 I E3 2 2
电流源的作用
1. 电流源相当于阻值很大的电阻。 2. 电流源不影响差模放大倍数。
3. 电流源影响共模放大倍数，使共模放 大倍数减小，从而增加共模抑制比， 理想的电流源相当于阻值为无穷大的 电阻，所以共模抑制比是无穷大。
输入电阻 Rid 2( RB rbe1 ) 输出电阻 Rod = 2RC
2、 共模特性
RB
+VCC
RC
ic2
T1
uoc
uoc1
ic1 R C uoc2 RB
T2
uic
RE
–VEE RE对共模信号有抑制作用。
共模信号通路
RC
ic2 ic1
uo
RC
RB
c uoc1 uoc2
RB
T uic1
1
Rod =RC
差动放大电路的性能指标
输入输出 方式
双入、双出 uo=uo1-uo2 双入、单出 uo=uo1
模拟电子技术3.2 差动放大电路
ui2
1 2
uid
uic
差动放大电路是区别对待差模输入和共模输入
当差模输入信号和共模输入信号都存在的情况下，根据叠加 原理可以得出任意输入信号下总的输出电压：
uo Aud uid Auc uic
共模抑制比:综合考察差动放大电路放大差模信号和抑制
共模信号的能力。
KCMR
Aud Auc
KCMR (dB) 20lg
RB1
++ – – T1 uC1 uC2 T2
RB2
+
ui2
–
RE
VEE 长尾式差动放大电路
二、工作原理
1、放大差模信号
差模信号：一对大小（幅值）相等、极性相反的信号（ui1=- ui2 ）
差模信号uid：两边所加信号的差
uid=ui1- ui2=2ui1=-2ui2
uod
+VCC
RC
RC
+ uod –
差模电压放大倍数
Aud
uod uid
=
ic (RL //RC ib (2rbe )
)
1 2
βRL rbe
1 2
Aud1
2、单端输入单端输出 3、双端输入单端输出
动态性能分析---共模输入信号
ue =2 ie1RE= ie1（2RE） 故对每半边电路而言，RE等效为2RE
+VCCB
RB RB
RB RB
计算同双端输入双端输出。
2、单端输入单端输出 3、双端输入单端输出
动态性能分析---差模输入信号
ui1 RB +
rbe uid
– Rid rbe ui2 RB
uo1
差动放大电路
VsVOFF = 0 VA MP L = 10mV FRE Q = 1 K 5.638uA
0
0
V1 1.838mA
931.1uA
0
0
输出文件—静态工作点
**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C
******************************************************************************
0.8
0.6
0.4
0.2
V（out1)-V(out2)/V(Vs+:+)
0 1.0Hz 10Hz V(out1) / V(Vs+:+)
100Hz ( V(out1)
1.0KHz 10KHz - V(out2))/ V(Vs+:+)
100KHz Frequency
1.0MHz
10MHz
100MHz
1.0GHz
10GHz
单端输入时的特性
VS2-的AC， Voff，Vampl， Freq项均为0； 输入信号只 从一端接入， 另一端的输 入信号为零。
RC22 RC21 3k out21 RS 21 100 Vs2 + Q21 3k out22 Q22 RS 22 100 Vs2 VOFF = 0 VA MP L = 0 FRE Q = 0
RC2 3k Vou tVi nRS 2 1000G
0 0
Q4 Q3
V1 VCC 12V dc
Q2N2222
Q2N2222 R1 Re 1k R2 2k 10k
V2 VE E -12Vdc
差动放大电路
在发射极电阻R 的作用：是为了提高整个电路以及单管 在发射极电阻RE的作用 放大电路对共模信号的抑制能力。 负电源U 的作用：是为了补偿RE上的直流压降，使发 负电源UEE的作用 射极基本保持零电位。 恒流源比发射极电阻RE对共模信号具有更强的抑制作用。
RC R1 V1 ui 1 V3 R2 RE + uo － V2 ui 2 V1 ui 1 I －UEE －U EE (b) 图(a)的简化电路 RC +U CC RC + +UCC RC
从工作波形可以看到，在 波形过零的一个小区域内 输出波形产生了失真，这 种失真称为交越失真。产 生交越失真的原因是由于 V1、V2发射结静态偏压为 零，放大电路工作在乙类 状态。当输入信号ui 小于 晶体管的发射结死区电压 时，两个晶体管都截止， 在这一区域内输出电压为 零，使波形失真。
ui 0 uo1 0 uo2 0 uo 0 t 交越失真 t t t
uo － V2
+ ui 1 －
I －UEE (c) 单端输入双端输出
+ ui 1 －
V1
V2
I －UEE (d) 单端输入单端输出
单端输入式差动放大电路的输入信号只加到放大器的一个 输入端，另一个输入端接地。由于两个晶体管发射极电流 之和恒定，所以当输入信号使一个晶体管发射极电流改变 时，另一个晶体管发射极电流必然随之作相反的变化，情 况和双端输入时相同。此时由于恒流源等效电阻或发射极 电阻RE的耦合作用，两个单管放大电路都得到了输入信号 的一半，但极性相反，即为差模信号。所以，单端输入属 于差模输入。
R1 V1 R2 D1 D2 V2 R3 +
+UCC
C RL + uo －
差动放大电路
差动放大电路一、概述差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。
特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。
设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。
二、基本电路图差动放大电路的基本电路图上图为差动放大电路的基本电路图[1]三、差动放大电路的工作原理1、差动放大电路的基本形式对电路的要求是：两个电路的参数完全对称两个管子的温度特性也完全对称。
它的工作原理是：当输入信号Ui=0时，则两管的电流相等，两管的集点极电位也相等，所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。
温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下降，由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相等，其输出电压仍然为零。
它的放大作用（输入信号有两种类型）（1）共模信号及共模电压的放大倍数 Auc共模信号---在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。
如图（2）所示共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量减小，因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。
因此：。
于是差动电路对称时，对共模信号的抑制能力强字串3（2）差模信号及差模电压放大倍数 Aud差模信号---在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。
如图（3）所示差模信号的作用，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电压下降，T2管的集电极电压上升，且二者的变化量的绝对值相等，因此：此时的两管基极的信号为：所以：，由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。
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U ic Ric RB rbe 2(1 ) RE I ic
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模拟电子技术基础
4) 共模输出电阻
因为输出只与电路的结构有关，而与输入信号 的性质（共模、差模）无关。所以输出电阻
双端输出时
Ro 2RC
单端输出时
Ro RC
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
3. 动态分析
后退
模拟电子技术基础
因为电路对称，所以
U BE1 U BE2 U BE I B1 I B 2 I B
I C1 I C2 I C
I B1
+ U BE1 –
I C1 + U CE1 – I E1
I C2 IB2 + U CE 2 + – I E 2 U BE2 –
I E1 I E2
为此采用直接耦合
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.1 学习差分放大电路的原因： 2.多级放大电路中各级采用直接耦合时， •利于集成，电路简单 •对直流和缓慢变化的低频信号能正常放大，低频及 高频响应好。工作无局限性。从而应用于直流或交 流信号的大规模集成电路中。 •各级静态工作点互相影响，设计计算及调试不方便 •无法抑制零漂问题
共模信号
当uIc1=uIc2时的输入信号 记为
uIc1 uIc2 uIc
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
1) 共模电压放大倍数 由
uIc1 uIc2 uIc 知 uOc1 uOc2
故
a. 双端输出共模电压
uOc uOc1 uOc2 0
共模电压放大倍数
uOc Auc 0 uIc
+ U BE1 –
I C1 + U CE1 – I E1
I C2 IB2 + U CE 2 + – I E 2 U BE2 –
I E1 I E2
因
RB 2(1 ) RE
VEE U BE IB 2(1 ) RE
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
I B1
VEE U BE IC IB 2RE
2.2 典型差分放大电路 1. 定义 2. 分类：按信号输入 与信号输出的不同形式 分四类： •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
+
+ +
+
-
-
+ -
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.3 双入双出型 典型差分放大电路
交流负载线
Q` Q IBQ Q`` vBE/V
BE 共射极放大电路
Q` Q ICQ t
60uA 40uA
Q`` 20uA vC E/V vC E/V
t
v /V
VBEQ t
t
VC EQ
模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.2 典型差分放大电路 1. 定义 2. 分类：按共模负反 馈的形式分两类： •长尾电路
模拟电子技术基础
4. 集成运算放大器概述(简称集成运放)
(4) 集成运算放大器的结构 输入
输入级
中间级
输出级
输出
偏置电路
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模拟电子技术基础
1 集成运算放大器中的电流源电路 1．镜像电流源电路 （1） 电路结构组成及特点
T1和T2特性相同
（2） 工作原理（电路分析） 设 1 2 由于 UBE1= UBE2 = UBE + –
（1） 电路组成 （2） 电路特点 T1和T2特性相同 （3） 电路分析 – + + –
由图可知
VCC U BE1 VCC IR R RE1 R RE1
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模拟电子技术基础
I E1 RE1 U BE1 I E2 RE2 U BE2
由于
U BE1 U BE2
+ +
+
+
-
-
+
--上页源自下页后退模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.2 典型差分放大电路 1. 定义 2. 分类：按共模负反 馈的形式分两类：
+ +
+
•带射极恒流源 的电路
+ -
-
-
+ -
上页
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后退
模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
b. 单端输出
交流通路，
注意等效电阻
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
电压放大倍数
Auc uO c uI c
uO c uI c 1
RC // RL RB rbe (1 )2 RE
实际中
RB rbe (1 )2 RE
I E1 I E2 I E
U CE1 U CE2 U CE
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模拟电子技术基础
列输入回路方程
I B RB U BE 2 I E RE VEE
I E (1 ) I B
I B1
由此可得
VEE U BE IB RB 2(1 ) RE
上页
下页
后退
通过图解分析，可得如下结论： 1. ui uBE iB iC uCE |-uo| 2. uo与ui相位相反； 输入交流信号时的图解分析 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。
iB /uA iB /uA
60 40 20
iC /mA iC /mA
+ –
+ –
5.电流源的应用** •提供合适的偏置电流 •做各级电路的有源负载
上页
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后退
模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.1 学习差分放大电路的原因： 1.多级放大电路中各级采用阻容耦合时， •各级静态工作点互不影响，设计计算及调试方便 •传输中交流信号损失小，增益高 •体积小，成本低 •无法集成 •不能放大直流和缓慢变化的低频信号，低频响应差 •多应用于分立电路
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
交流通路 ⊕
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
由于
故
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
1）差模电压放大倍数
a. 双端输出
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
b. 单端输出 (a) 输出uO1
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
(b) 输出uO2
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
c. RL时 (a) 双端输出
I C2 I E2
+ –
I R I E1
+ –
故有
I R RE1 I C2 RE 2
I C2 RE1 IR RE2
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
4.多路电流源
U BE1 U BE2
I C2 I E2
I R I E1
故有
I R RE1 I C2 RE 2
I C2 RE1 IR RE2
+ +
+
I C1 I C1 I C2 I C2
uO 0
+ -
-
-
+ -
在双端输出的情况下，漂移为零。
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
b. 单端输出时
+ -
+ +
+
-
-
+ -
因射极电阻RE的负反馈作用 可以抑制零点漂移
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
3. 动态分析 （1）小信号共模特性
上页 下页
+ –
后退
模拟电子技术基础
所以 IB1= IB2 = IB
I C2 I C1
I R 2I B
IR 2I C2
+
–
+
故
–
I C2
IR 1 2
•当β>>2 足够大时
I C2
VCC U BE VCC IR R R
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
•当β不 足够大时，此电流源 给各偏置电路提供的实际电流 IC2和应提供的基准电流值IREF 之间存在一定的误差。 为解决此问题引入了 带缓冲级的镜像电流源
为此采用差分式放大电路
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.1 学习差分放大电路的原因： 3.零点漂移（温漂） •定义（现象）** •产生的原因**三方面 •造成的危害 •衡量零漂的方法：衡量指标是输入端等效漂移电压 Δui •抑制措施：采用差分式放大电路
由 iC I S exp(uBE U T ) P104 4.1.1a
上页
+
+ –
–
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模拟电子技术基础
得
故有
I C1 U BE1 U T ln IS IR U T ln IS I C2 U BE2 U T ln IS
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模拟电子技术基础
4) 共模输出电阻
因为输出只与电路的结构有关，而与输入信号 的性质（共模、差模）无关。所以输出电阻
双端输出时
Ro 2RC
单端输出时
Ro RC
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3. 动态分析
后退
模拟电子技术基础
因为电路对称，所以
U BE1 U BE2 U BE I B1 I B 2 I B
I C1 I C2 I C
I B1
+ U BE1 –
I C1 + U CE1 – I E1
I C2 IB2 + U CE 2 + – I E 2 U BE2 –
I E1 I E2
为此采用直接耦合
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2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.1 学习差分放大电路的原因： 2.多级放大电路中各级采用直接耦合时， •利于集成，电路简单 •对直流和缓慢变化的低频信号能正常放大，低频及 高频响应好。工作无局限性。从而应用于直流或交 流信号的大规模集成电路中。 •各级静态工作点互相影响，设计计算及调试不方便 •无法抑制零漂问题
共模信号
当uIc1=uIc2时的输入信号 记为
uIc1 uIc2 uIc
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模拟电子技术基础
1) 共模电压放大倍数 由
uIc1 uIc2 uIc 知 uOc1 uOc2
故
a. 双端输出共模电压
uOc uOc1 uOc2 0
共模电压放大倍数
uOc Auc 0 uIc
+ U BE1 –
I C1 + U CE1 – I E1
I C2 IB2 + U CE 2 + – I E 2 U BE2 –
I E1 I E2
因
RB 2(1 ) RE
VEE U BE IB 2(1 ) RE
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I B1
VEE U BE IC IB 2RE
2.2 典型差分放大电路 1. 定义 2. 分类：按信号输入 与信号输出的不同形式 分四类： •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
+
+ +
+
-
-
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2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.3 双入双出型 典型差分放大电路
交流负载线
Q` Q IBQ Q`` vBE/V
BE 共射极放大电路
Q` Q ICQ t
60uA 40uA
Q`` 20uA vC E/V vC E/V
t
v /V
VBEQ t
t
VC EQ
模拟电子技术基础
2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.2 典型差分放大电路 1. 定义 2. 分类：按共模负反 馈的形式分两类： •长尾电路
模拟电子技术基础
4. 集成运算放大器概述(简称集成运放)
(4) 集成运算放大器的结构 输入
输入级
中间级
输出级
输出
偏置电路
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模拟电子技术基础
1 集成运算放大器中的电流源电路 1．镜像电流源电路 （1） 电路结构组成及特点
T1和T2特性相同
（2） 工作原理（电路分析） 设 1 2 由于 UBE1= UBE2 = UBE + –
（1） 电路组成 （2） 电路特点 T1和T2特性相同 （3） 电路分析 – + + –
由图可知
VCC U BE1 VCC IR R RE1 R RE1
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模拟电子技术基础
I E1 RE1 U BE1 I E2 RE2 U BE2
由于
U BE1 U BE2
+ +
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2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.2 典型差分放大电路 1. 定义 2. 分类：按共模负反 馈的形式分两类：
+ +
+
•带射极恒流源 的电路
+ -
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2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
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模拟电子技术基础
b. 单端输出
交流通路，
注意等效电阻
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电压放大倍数
Auc uO c uI c
uO c uI c 1
RC // RL RB rbe (1 )2 RE
实际中
RB rbe (1 )2 RE
I E1 I E2 I E
U CE1 U CE2 U CE
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列输入回路方程
I B RB U BE 2 I E RE VEE
I E (1 ) I B
I B1
由此可得
VEE U BE IB RB 2(1 ) RE
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通过图解分析，可得如下结论： 1. ui uBE iB iC uCE |-uo| 2. uo与ui相位相反； 输入交流信号时的图解分析 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。
iB /uA iB /uA
60 40 20
iC /mA iC /mA
+ –
+ –
5.电流源的应用** •提供合适的偏置电流 •做各级电路的有源负载
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2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.1 学习差分放大电路的原因： 1.多级放大电路中各级采用阻容耦合时， •各级静态工作点互不影响，设计计算及调试方便 •传输中交流信号损失小，增益高 •体积小，成本低 •无法集成 •不能放大直流和缓慢变化的低频信号，低频响应差 •多应用于分立电路
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交流通路 ⊕
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由于
故
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模拟电子技术基础
1）差模电压放大倍数
a. 双端输出
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后退
模拟电子技术基础
b. 单端输出 (a) 输出uO1
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(b) 输出uO2
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模拟电子技术基础
c. RL时 (a) 双端输出
I C2 I E2
+ –
I R I E1
+ –
故有
I R RE1 I C2 RE 2
I C2 RE1 IR RE2
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4.多路电流源
U BE1 U BE2
I C2 I E2
I R I E1
故有
I R RE1 I C2 RE 2
I C2 RE1 IR RE2
+ +
+
I C1 I C1 I C2 I C2
uO 0
+ -
-
-
+ -
在双端输出的情况下，漂移为零。
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模拟电子技术基础
b. 单端输出时
+ -
+ +
+
-
-
+ -
因射极电阻RE的负反馈作用 可以抑制零点漂移
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3. 动态分析 （1）小信号共模特性
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+ –
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模拟电子技术基础
所以 IB1= IB2 = IB
I C2 I C1
I R 2I B
IR 2I C2
+
–
+
故
–
I C2
IR 1 2
•当β>>2 足够大时
I C2
VCC U BE VCC IR R R
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•当β不 足够大时，此电流源 给各偏置电路提供的实际电流 IC2和应提供的基准电流值IREF 之间存在一定的误差。 为解决此问题引入了 带缓冲级的镜像电流源
为此采用差分式放大电路
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2 集成运算放大器中的基本单元电路 －－－－差分式放大电路
2.1 学习差分放大电路的原因： 3.零点漂移（温漂） •定义（现象）** •产生的原因**三方面 •造成的危害 •衡量零漂的方法：衡量指标是输入端等效漂移电压 Δui •抑制措施：采用差分式放大电路
由 iC I S exp(uBE U T ) P104 4.1.1a
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得
故有
I C1 U BE1 U T ln IS IR U T ln IS I C2 U BE2 U T ln IS