差分式放大电路
差分放大电路：零漂、组成、直流分析
算到输入端的等效输入漂移电压值。
抑制零漂（温漂）的措施
• 引入直流负反馈：Q点的漂移，故引入Re稳定Q点。
• 用热敏元件进行温度补偿：二极管——图2.4.6。
• 采用差分式放大电路：利用特性相同的管子，使它
们 的温漂相互抵消。
1.2 差分式放大电路的组成及其直流分析
放大倍数大为减小。在实际电路中，均满
足Re>RC ，故|Ac(单)|<0.5，即差动放大器
对共模信号不是放大而是抑制。共模负反
馈电阻Re越大，则抑制作用越强。
1.4 差分放大电路对差模信号的放大作用
uI1=uId1，uI2=uId2 ，
而uId1= - uId2
ib1= -ib2 ie1= -ie2 uc1= -uc2
恒流源电路的简化画法及电路调零措施
差动放大器的传输特性
差分放大电路的电压传输特性
本章小结
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•
•
•
（1）零漂——温漂——静漂
（2）差分电路的静态分析
（3）对共模信号的抑制：Re=2Re
理想对称
（4）对差模信号的放大：没Re
（5）共模抑制比KCMR
（6）四种接法时的计算
（7）改进型差分放大电路
输出电压为： uO=Aduid+Acuic
Ac=0时： uO=Aduid
差动放大电路的输出与两个
输入电压的差值成正比，与
输入电压本身的大小无关
例
题
单端输入差放电路的分析
Ui1=Ui Ui2=0
处理方法：按任意信号处理
Uic1=Uic2=(Ui+0)/2= Ui/2
差分放大电路
2、 动态分析
（1） 差模分析
① 做交流通路
+
+VCC
RC R C
RC
+
T1
v Id 1
RL v Od 1 2
−
−
+
+
RL RL
+
RC R C
v Od −
v Id
v Id 2
− − +
v Od
−
+
v Id 1
v Id 1 T 1
−
+
T 1
T2
REE −VEE
T2
+
Ri
−
T2
RC
RL 2
v Od 2
2
I C 1 = β I B1 = 0.26mA
VCC − VC 1 VC 1 = IC1 + RC RL
VC 1 = 2.82V
I RL V = C 1 = 0.08mA RL
RC 36kΩ RB 2 .7 k Ω RL 36kΩ RP 100Ω RE 27 kΩ
RC 36kΩ
VCC +15V
vo
RC 36kΩ
T1
RL 36kΩ RP 100Ω
T2
RB 2.7kΩ
RE 27kΩ −VEE −15V
解：（1）静态分析： RP ( ) I B 1 RB + VBE 1 + 1 + β I B 1 + 2 RE − 15 = 0
I B1 15 − V BE 1 = 2.6 µA = R P R B + (1 + β ) + 2 RE 2
基本差分放大电路详解
基本差分放大电路详解：
差分放大电路是一种电子电路，通过对两个相同型号的管子的共模输入信号进行放大，实现差分信号的放大。
这种电路广泛应用于各种电子设备和系统中，如通信、测量、计算机等。
差分放大电路由两个完全对称的共射放大电路组成，每个管子的参数完全一样，温度特性也完全相同。
这两个管子的集电极分别接在一起，并通过公共电阻Ree 进行供电。
这样做的目的是使两个管子的工作点相同，从而减小了零点漂移的影响。
差分放大电路的特点包括：
1.抑制零点漂移：由于电路的对称性，差分放大电路可以有效地抑制零点漂移，提高
了电路的稳定性。
2.差模信号放大：差分放大电路主要对差模信号进行放大，这种信号是由两个输入端
输入大小相等、极性相反的信号组成的。
3.抑制共模信号：差分放大电路对共模信号有抑制作用，共模信号是指大小相等、极
性相同的两个信号。
差分放大电路在直接耦合电路和测量电路的输入端中有着广泛的应用。
由于其具有对称性，可以有效地稳定静态工作点，同时具有抑制共模信号的作用。
在实践中，为了获得更好的性能，可以采用适当的负反馈和温度补偿措施。
差分放大电路
（3）共模抑制比KCMR 在双端输出时，共模电压放大倍数，所以
KCMR是一个无穷大的数值，在单端输出时，可以 得到：
KCMR=
1.3 其他接法的差分放大电路
上节中的长尾式差分放 大电EE也要增大，这在集成 电路中不易实现；为了克服 这种困难，可以采用一个电 流源来代替Re。
基极电位为零。
IE＝
≈IC
UCC－（-UEE）＝ICRC+2IERe+UCE
UCE＝
3．抑制零点漂移的原理
静态时，ui1＝ui2＝0，即uid=0，由于电 路完全对称，UC1＝UC2，所以，uo=0，实现 了零输出。
当电源电压波动或者环境温度发生改变 时，两管的集电极电流和集电极电压将同时 发生同样的改变。其效果相当于在两个输入 端加入了共模信号，由于电路的对称性，在 理想的情况下，输出电压仍然保持不变，从 而抑制了零点漂移。
即可以有效的抑制零点漂移，提高共模 抑制比，同时发射极又不要求过高的负电压， 因此在集成电路中广为采用。
模拟 电子 技术 基础
（2）共模信号
双端输出
若输入信号为共模信号，即ui1＝ui2＝uic，称为共 模信号输入，由于两管的电流的变化方向一致，对电 阻Re而言，相当于每个管子发射极上面接了2Re的电 阻，双端输出时，由于电路对称，uo＝uc1－uc2＝0， 电压放大倍数为
单端输出 在单端输出的情况下，电压放大倍数为两个管子
在电路理想的情况下，输出信号电压可以表示为 uo＝AUD（ui1－ui2）＝AUDuid
通常称差模信号是两个输入信号之差，共模信号 是两个输入信号的算术平均值；分别表示为
uid＝ui1－ui2 uic＝（ui1＋ui2）/２
差分放大电路
差分放⼤电路6.1集成电路运算放⼤器中的电流源1．基本电流源 分压式射极偏置电路为基本电流源电路。
当三级管⼯作在放⼤区，由于射极电流仅由两分压电阻决定， 因此当负载发⽣变化（也即集电极电阻发⽣变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特性。
2．有源负载 由于电流源具有直流电阻⼩⽽交流电阻⼤的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使⽤，称为有源负载。
3．电流源的应⽤（1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流；（2）作为各放⼤级的有源负载，提⾼电压增益。
6.2差分式放⼤电路主要作⽤：作为多级放⼤电路的输⼊级，抑制零点漂移。
⼀、基本差分放⼤电路电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称。
它有两个输⼊端，两个输出端，当输出信号从任⼀集电极取出，称为单端输出，⽽当从两个集电极之间取出，则称为双端输出或浮动输出。
1．差分式放⼤电路的类型：按输⼊和输出的⽅式分为：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。
2．静态分析 静态是指⽆外输⼊信号时电路所处的状态。
因此，在进⾏静态分析时，应把输⼊信号置零，即输⼊端短路。
共⽤电阻Re在半电路中应等效为2*Re。
3．动态分析（1）差模信号与共模信号 在讨论差分放⼤电路的性能特点时，必须先区分差模信号和共模信号这两个不同的概念，因为差分放⼤电路对差模信号和共模信号具有完全不同的放⼤性能。
⼀对任意数值的输⼊信号可以⽤差模信号和共模信号来表⽰。
通常，可以认为，共模信号是由⼀对幅值相等、极性相同的输⼊信号组成，差模信号是由⼀对幅值相等、极性相反的输⼊信号组成。
（2）垂直对称⽹络的⼆等分 垂直对称⼆端⼝⽹络，当在两输⼊端分别加上幅值相等、极性相同的信号和幅值相等、极性相反的输⼊信号时，其垂直对称线上分别等效为开路和对地短接。
这样，⼀个⼆端⼝⽹络变分解为两个半⽹络。
（3）差模信号输⼊ 将差分放⼤电路分解为两个半电路，在半电路中：双端输⼊：共⽤电阻Re短接或恒流源交流短接；单端输⼊共⽤电阻Re或恒流源开路。
差分放大电路
+Vcc
R3
R4 +15V
15k + Vo - 15k
RL 10k
+ R1 Vi 1k
T1
T2
R2
1k
-
Re 1K
差动放大电路
当两个输入端并接到一起，
且加入共模信号Vic时，
Vc1
Vc2
R1
rbe
Rc
(1
)2Re
Vic
即仍有Vo=Vc1−Vc2=0V，
+Vcc
R3
R4 +15V
15k + Vo - 15k
端信号中不同的部分
差分放大电路——一般结构
1、差模信号和共模信号的概念 ＋
vi1 ＋
＋
+vid/2
差模电压增益
Avd
=
vo vid
＋ vic
－
－
－
vid
-vid/2
＋
－
差放
vo －
vi2
vo ——差模信号产生的输出 差分式放大电路输入输出结构示意图
共模电压增益
Avc
=
vo vic
vo ——共模信号产生的输出
差分放大电路——一般结构
1、差模信号和共模信号的概念
差模信号
vid = vi1 vi2
共模信号
+
+-vid
vi1
+
vi2
--
差放
+-vo
+
+
vo1
vo2 -
-
vic
=
1 2
(vi1
vi2 )
差分式放大电路输入输出结构示意图
差分式放大电路
差放
根据1、2两式又有
K CMR
AVD = AVC
vid vi1 = vic 2
-
共模抑制比 反映抑制零漂能力的指标
vid vi2 = vic 2 共模等效输入方式
6.2.1 基本差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理 静态
I C1 = I C2
1 IC I0 2
VCE1 = VCE2
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
可以放大直流信号 # 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
2.直接耦合放大电路 电源电压波动 的零点漂移 也是原因之一
零漂： 输 入 短 路 时 ， 输 出仍有缓慢变化 的电压产生。
主要原因： 温度变化引起，也称温漂。 温漂指标： 温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益 折算到输入端的等效输入漂移电压值。
VCC I C RC VE VCC I C RC ( 0.7) IC I B1 I B1
1. 电路组成及工作原理 动态 仅输入差模信号， v i1 和 v i2 大小相等，相位相反。 vc1 和 vc2 大小相等， 相位相反。 vo vc1 vc2 0 ，
（双入、双出交流通路）
2v o1 Rc 2v i1 rbe
1 接入负载时 以双倍的元器件换 ( Rc // RL ) 2 AVD = 取抑制零漂的能力
<B> 双入、单出 接入负载时
vo1 Rc v o1 1 AVD1 = AVD v id 2rbe 2v i1 2
单端输出时的总输出电压
vo1 AVD1v id (1
)
（4）频率响应
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
模电实验-差分放大电路
实验三—差分式放大电路实验内容：一、典型差分式放大电路性能测试实验电路如图，开关K拨向左边构成典型差分式放大电路。
1.测量静态工作点①调节放大电路零点信号源不接入。
将放大电路输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用万用表测量输出电压Vo，调节调零电位器Rp，使Vo=0.调节要仔细，力求准确。
②测量静态工作点零点调好后，用万用表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端的电压VBE，记录表中。
2.测量差模电压增益断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大电路输入A端，地端接放大电路输入B端构成差模输入方式，调节输入信号为频率f=1KHz的正弦信号，并使输出旋钮置零，用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）。
接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压Vi（约100mV），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表Vi,V C1,V C2,记录在表中，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V BE 随Vi改变而变化的情况。
2.测量共模电压增益将差分放大电路A、B短接，信号源接在A端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号f=1KHz,Vi=1V,在输出电压无失真的情况下，测量V C1、V C2的值记录下表，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V RE随Vi改变而改变的情况。
二、具有恒流源的差分放大电路性能测试将电路图中的开关K拨向右边，构成具有恒流源的差分式放大电路，重复一——2、3实验内容的要求，记录入上表。
典型差分式放大电路vi,vc1,vc2的图像：共模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系差模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系具有恒流源的差分放大电路vi,vc1,vc2的图像：差模输入vi与vc1相位关系左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系在共模输入时，V i增大，V RE增大；差输入时，V RE很小，V i变化时，V RE变化不明显。
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 —。
差分放大电路 全篇
Rb
Uoc
Rb
T1
T2
Uic1
Iec1 Rc Uoc1 Uoc2 Rc Iec2
2Ree
2Ree
Uic2
Uoc 0
A Uc(双）
U oc U ic
Uoc1 Uoc2 0 Uic
差放的特点： 输入无差别，输出就不动；输入有差别，输出就变动。
共模抑制比CMRR—衡量差放的一个重要指标。
CMRR A Ud A Uc
差分电路的输入输出方式
单端输入 输入方式
双端输入
单端输出
输出方式
双端输出
Uo
+
差模信号和共模信号 +
Uo Uo
-
差模信号
Ui1
Ui2
一对大小相等，极性 -
+
相反的信号，用Uid1、Uid2
表示， Uid1= - Uid2
共模信号 一对大小相等，极性相同的信号， 用Uic1、Uic2表示，Uic1= Uic2
5. 双端输入/单端输入 指标比较
输出方式
双出
单出
AUD
(Rc
//
1 2
RL )
rbe
(Rc // RL )
2rbe
Rid
2rbe
双出
单出
(Rc
//
1 2
RL )
rbe
(Rc // RL )
2rbe
2rbe
Ro
2 Rc
Rc
2 Rc
Rc
集成运算放大器概述
集成运算放大器结构特点 集成运算放大器组成及各部分作用 集成运算放大器主要参数 理想集成运算放大器及两个工作区域
2. 当V+>V-时，Vo为正向输出饱和电压VOH 当V+<V-时，Vo为负向输出饱和电压VOL 其数值接近运放的正负电源电压
6.2 差分式放大电路
+VCC
RB T2 vo1 v Rp o2 RE -VEE
vi -
射极耦合差分式放大电路分析（13） 射极耦合差分式放大电路分析（
(3)、合成输出信号 、
在任意输入电压的作用下
v id v i1 = v ic + 2 v id v i 2 = v ic − 2
差分放大器两输出端的电压分别为 1 1 vo1 = voc + vod = Avcvic + Avd vid 2 2 1 1 vo2 = voc − vod = Avcvic − Avd vid 2 2 差分放大器双端输出电压为
Rb1 +
C T1
Ic1=Ic2,Vc1=Vc2，
即: Vo=Vc1-Vc2=0
vi1 -
vi2 -
温度升高
集电极电流产生增量∆I 集电极电流产生增量 c1=∆Ic2 集电极电位产生负增量∆V 集电极电位产生负增量 c1=∆Vc2 所以， 所以，VO=（Vc1-∆VC1)-(VC2-∆Vc2)=0
结论: 结论 基本差动电路利用 电路的对称性 对称性， 电路的对称性，在双端输 时将零漂完全抑制。 出时将零漂完全抑制。
差动放大电路的工作原理（4）
任意输入的信号: 都可分解成差模分量和共模分量： 任意输入的信号 vi1 , vi2 ，都可分解成差模分量和共模分量： 例: vi1 = 20 mV , vi2 = 10 mV 则：vid = 10mV , vic = 15mV
差分放大器的输出信号 差分放大器的输出信号
输出电阻 Rod 1 = RC
vod1
电压增益 Avd 1 = vod 1 / vid 1
RL β ( RC // ) 2 =− rbe
差分式放大电路
IO I E 5
RE6 I E6 RE5
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
动态分析： (1)差模分析 两差分管对称， 故e点交流接地。
C1点：
2ib 3 ic 3 ic1 ( 2)ib 3 ib1 ib1 ib 3
由于对称性，所以有：
各管参数完全相同
（3）共模抑制比
K CMR Avd Avc
K CMR
Avd 20 lg Avc
dB
双端输出，理想情况 K CMR
单端输出 K CMR
A vd1 Avc1
ro
rbe
K CMR 越大， 抑制零漂能力越强
（4）频率响应
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。 P270表6.2.1 射极耦合差分式放大电路几种接法的性能指标比较
2. 有关概念 根据 vid = vi1 vi2 1 vic = (vi1 vi2 ) 2 有 v = v vid i1 ic 2 vid vi2 = vic 2
共模信号相当于两个输入 端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入 端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号 大小相等，相位相同；差模信
将等式右边的第一项看作一对共模信号输入，第二项看作 是一对差模输入信号。其结果相当与差模输入与共模输入的叠 加。 1 1 vid vi1 ( vi1 ) vi1 等效于双端输入，性能指标与双 2 2 入完全相同。可见，差分放大电 1 路的性能与输入方式无关。 vic vi1 2
实际应用中，常有一端有输入另一端接地或者两输入信 号大小不相等的情况，这时均可将两输入看作差模输入和共 模输入方式共同作用之后的叠加。
Ri2 rbe3 (1 3 ) Re3 245.3K
模拟电子技术 6.2 差分式放大电路
vi2 = vid /2
此时，一管电流增加时，另一管电流减少， 输入有差别，放大器才有动作（输出） 且变化量相同，
∴ vo = vo1 － vo2 ≠ 0 ※ ∴称为差动式或差分式放大电路。
*
*
抑制零点漂移的原理 总输出电压
vo = v o vo Avdvid Avcvic
例如 假设 AV1 = -100,
漂移 -10 mV -100μV
漂移 1 V+ 10 mV
AV2 = -100, AV3 = 1 。
若第一级有100μV漂移， 则第一级输出漂移 -10 mV。 若第二级也有-100 μV漂移，
漂移 100 μV
则第二级输出漂移 1V+10 mV。 3.减小零漂的措施：
(2)电压增益
rbe3 26mV 200 (1 3 ) 2.3k I E3
rbe2 200 (1 2 )
26mV 3.78k I E2
Ri2 rbe3 (1 3 ) Re3 245.3k
Avd2
β2 ( Rc2 || Ri2 ) 50 2(rbe Rb1 )
2 Rc
*
Rc
例：电路如下图所示，所有晶体管均为硅管， β均为60，静态 解：（1）T3管的集电极电流 时｜UBEQ｜≈0.7VI 。试求： ＝（U －U ）/ R ＝0.3mA
C3 Z BEQ3 e3
（1）静态时静态时 T1管和T T2管的发射极电流。 管和T 管的发射极电流
1 2
IE1＝IE2＝ IC3/2=0.15mA
双端输出时
vo = v o A vd vid
第六章 差分式放大电路
ro
AVC1
抑制零漂能力增强
I b
I b
I b I b
rbe
V ic
rbe
V ic
2ro
RC
V oc 1
V oc 2 RC
2ro
§ 6.2.2射极耦合差分式放大电路
单端输入、双端输出的方式
单端输入等效双端输入:
因为ro＞＞从T2发射结电阻，
Rc
T1
+
IO
6.1.1 BJT电流源电路
4. 组合电流源
R2
T4
+VC
C
电流源
T5
T6
R1
I5
I2
T2
I6 I3
T3
IREF
电流阱
T1
R3
-VEE
6.1.1 BJT电流源电路
5. 电流源作有源负载 镜像电流源作为T1的集电极负载 可使电路在不提高电源电压的 条件下，获得较高的电压增益 与较大的动态范围
+VCC
§ 6.2.0 概述
产生零漂的原因： 由温度变化引起的 。当 温度变化使第一级放大 器的静态工作点发生微 小变化时，这种变化量 会被后面的电路逐级放 大， 最终在输出端产生 较大的电压漂移 。因而 零点漂移也叫温漂。
Re2
T2
+ V CC + vo
Rb1
+
Rc1
T1 Re1
vi
- V CC
零漂的衡量方法： 将输出漂移电压按电压增益折算到输 入端计算。
v i1
+
－
v ic
V oc
2 rO
2 rO
v ic
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差分式放大电路
差分式放大电路一、直接耦合多级放大电路的零点漂移
多级放大电路的耦合方式为了获得足够高的增益或满足输入电阻、输出电阻的特殊要求，实用的放大电路通常由几级基本放大单元级联而成，构成多级放大电路。
各级之间的连接方式称为耦合方式。
常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合三种。
式中gm 为T1、T2 的互导。
输入电阻的计算与BJT 构成的差分放大电路有所差别。
由于场效应管的输入电阻很大，栅极电流可忽略不计。
同时，该电路的栅极有Rg 电阻接地。
所以，差模输入电阻为
Rid»Rg
十、差分放大电路的传输特性
差分式放大电路在小信号线性工作状态下的放大作用。
当信号较大时，输入输出的关系可通过传输特性曲线来描述。
下面以图1 所示电路为例进行讨论。
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仅供参阅！。