典型差分放大电路
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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+βI B ∴ I B1=I B2=I B =
通常Rs<<1+βRe,U BE =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 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
()e
s BE
EE R 12R U V β++-
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:
be
s
c
s1
o1
s2
s1
o2
o1
id
o
ud r
R
R
2
2
u
u
A
+
-
=
=
-
-
=
=
β
v
v
v
v
v
v
be
L
r
R
+
-
=
=
s
'
id
o
ud R
u
u
A
β
2
R
//
R
R'L
c
L
=
❖ 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;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;
()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
综上: 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≈ 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 O 的频率响应 -
()dB lg
20VC
VD
CMR A A K =be
e
e
L be L 1
1CMR ≈2/'2/'r R R R r R A A K vc vd ββ==2
1
BE4
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 u A +-==--==βv v v v v v 0u u u A ic
c2
c1ic oc uc =-==
v v VC
VD CMR A A K =
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 ≤
➢ 一般运放的r o <200Ω,而超高速AD9610的r o =Ω 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80~120dB,高精度运放可达140dB,r ic ≥100M Ω;
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;
功率放大器
性能分析 1 输出功率:
cem cm cem cm o V I V I P 2
122=•=L cem
L cm R V R I 2
22121==
如果输入足够大,使输出达到最大值 VCC-VCES ,此时的功率为最
大不失真输出功率 Pom ()L
CC L CES CC om R V
R V V P 2
2
21≈-21=
2 电源提供的功率
每个电源只提供半个周期的电流,电源提供的平均功率为:
)(sin 21
20
t d t I V P cm CC
V ωωπ
π
⎰
•=π
cm
CC I V 2=
3 电路的效率
电路的效率是指输出功率与电源提供的功率之比:
在输出最大V om ≈VCC 时得到最大输出功率:
4 管耗
时t V v om o ωsin = ⎰
=
π
ωπ
1)-(21
t d R v v V P L o o CC
T )4
-(12
om
om CC L V V V R π=
V om=0时管耗为0 V om= VCC 时管耗为: π
π
442
1-=L CC T R V P
5 最大管耗与输出功率的关系
乙类互补对称电路输入为0时,输出为0,管耗也为0,所以输入较小时管耗较小;但输出信号越大并不意味着管耗也越大; 管耗最大发生在0/1=om T dV dP 时 此时:CC CC
om V V V 6.0≈2π
=
om CC
L T P V R P 2.012
2
max 1≈=π
CC cem
CC
L cm cm CC L cm V o V V V R I I V R
I P P •
=•===442212πππ
η%5.78≈4
2/2
ππη===cm CC CC cm V
om I V V I P P。