模拟电子技术基础(第四版)课件3.3 直接耦合放大电路

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第三章 多级放大电路
三、 差分放大电路的四种接法
基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。 所谓“单端”指一端接地。 <A> 双端输入、双端输出 <B> 双端输入、单端输出 <C> 单端输入、双端输出
<D> 单端输入、单端输出
“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？
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第三章 多级放大电路
二、长尾式差分放大电路
1. 静态分析
由于Rb较小，其上的电压降 可忽略不计。
IE1=IE2=(VEE―UBE)∕2Re
IB1=IB2 =IE1/(1+β)
图 3.3.3 长尾式差分放大电路
UCE1=UCE2≈VCC+VEE―(Rc+2Re)IE1 uO=UCQ1―UCQ2=0
图3.3.12 单端输入单端输出电路 uI
与双端输入单端输出的一样。
动态分析：与双端输入单端输出的一样。（略）
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第三章 多级放大电路
4.差动放大器动态参数计算总结
(1)差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 双端输出时： 单端输出时：
Ad RL 2
动态参数
Ad = u Od u Id uO 1 uO 2 u I1 u I 2 RL 2 i C 1 R c // 2 2 i B（ R b rbe） 1 RL 2

R c //

R b rbe
图3.3.5差分放大电路加差模信号（b)
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2.对共模信号的抑制作用
共模信号的输入使两管集 电极电位有相同的变化。 所以
u Oc u Oc1 u Oc2 0
共模放大倍数
Ac
差分放大电路输入共模信号
uO c uIc
电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全 射极电阻Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体 相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路 管集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化。 对共模信号有很强的抑制作用。
uI
O uO t
O 图 3.3.1 零点漂移现象
t
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二、抑制温度漂移的方法： (1) 引入直流负反馈以稳定 Q 点；
(2) 利用热敏元件抵消放大管的变化；
(3) 采用差分放大电路。
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第三章 多级放大电路
3.3.2
差分放大电路
差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。
( R c //
)
Ad
R c // R L
2 R b rbe
R b rbe
(2)共模电压放大倍数

与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：
双端输出时： A c 0 单端输出时： Ac
R 'L 2 Re
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(3)差模输入电阻
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3.3.3 直接耦合互补输出级
基本要求：输出电阻低，最大不失真输出电压尽可能大。
Ad Δ uO Δ uI1 Δ uI 2
( R C //
RL 2
)
R rbe
Rc + uI1 R T 1
差模输入电阻为
R id 2 ( R rbe )
uo
RL 2 2
Rc uI2
T2
RL
差模输出电阻为
Ro 2 Rc
R
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第三章 多级放大电路
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第三章 多级放大电路
2. 单端输入、双端输出
静态分析
IE1=IE2=(VEE―VBE)∕2RE IB1=IB2 =IE1/(1+β)
VCE1=VCE2
≈VCC+VEE―(RC+2RE)IE uO=0
图3.3.11 单端输入、双端输出电路a
与双端输入双端输出的一样。
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uI1 作用： 能使 iC1、iC2基 R 本上不随温度的变 化而变化，从而抑 制共模信号的变化。 Rc + uo
T1 T3 T2
Rc
+VCC
uI2
R
Rb2
Re
Rb1
VEE
图 3.3.13
具有恒流源的差分放大电路
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2. 静态分析 当忽略 T3 的基极电流时， Rb1 上的电压为
或
K CMR 20 lg
dB
双端输出时KCMR可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：
K CMR R ' L / 2 ( R b rbe ) R 'L / 2 R e
Re
R b rbe
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四、改进型差分放大电路
用三极管代替“长尾式”电路的长尾电阻，即构成 恒流源式差分放大电路。 1. 电路组成 T3：恒流管
一、电路的组成
uO
T
Re
Re
T
V
图 3.3.2差分放大电路的组成(a)
图 3.3.2差分放大电路的组成(b)
利用射极电阻稳定Q点 但仍存在零点漂移问题
T的UCQ变化时，直流电 源V始终与之保持一致。
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采用与图（a）所示电路参数完全相同，管子特性也相同的电路。 共模信号 输入信号uI1和uI2大小相等，
1 U B Q 1 U B Q 2 I B Q1 R
IB Q 1 IB Q 2 I CQ1
Re
Rb1
VEE
图 3.3.13具有恒流源的差分放大电路
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3. 动态分析 由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻， 它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍 数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。 差模电压放大倍数为
如何进一步改进呢？
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第三章 多级放大电路
1. 双端输入单端输出电路
静态工作点
图3.3.7 双端输入单端输出差分放大电路
图3.3.8 图3.3.7所示电路的直流通路
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1. 双端输入单端输出电路
V CC RL RC RL V CC
R b rbe
Rid=2(Rb +rbe) Rod=Rc
问题：如输出信号取自 T2管的集电极，动态分 析结果如何？
图3.3.9 图3.3.7所示电路对 差模信号的等效电路
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如输入共模信号： 共模电压放大倍数
uOc=―IC(RC//RL) uIc=―IB[Rb+rbe+(1+β)2Re]
UR
b1

b1
Rb1 Rb1 Rb 2
(VCC VEE )
I CQ 3 I EQ 3
UR
U B EQ3 Re u I1
Rc
Rc
+VCC uI2 Rb2
于是得到
I CQ 1 I CQ 2 1 2
+u o
R T 1
T3
I CQ 3
T2
பைடு நூலகம்
R
UCQ 1 UCQ 2 VCC I CQ1 RC
Rb1 + uI1
-
Rb2 + uI2
-
极性相同。 差模信号 输入信号uI1和uI2大小相等， 极性相反。
VBB
VBB
图 3.3.2差分放大电路的组成(c)
电路以两只管子集电极电位差 为输出，可克服温度漂移。 差分放大电路也称为差动放大电路。
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差分放大电路的改进图
Ac = uO C uIC
图3.3.10 共模信号作用下的双端 输入单端输出电路
=
( RC // RL )
Rb rbe 2(1 ) Re
K CMR ＝
Ad Ac
＝
R b rbe （ 1 ） R e 2 （ R b rbe ） 2
增大Re是改善共模抑制比的基本措施。
典型差分放大电路
Rb1
Rb2
Rb1
Rb2
+ uI1
-
+ uI2 u I1
Re
+ -
uI2
Re -VEE
+
VBB
图 3.3.2差分放大电路的组成(d)
图 3.3.2差分放大电路的组成(e)
将发射极电阻合二为一、 对差模信号，Re相当于短路。
长尾式差分放大电路 便于调节静态工作点，电 源和信号源能共地。
g2 g1
Id
Id
单端输入、双端输出； 单端输入、单端输出。
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带调节电位器RW的恒流源电路的简化画法
Rc + uI1 R T1
uo
RL
Rc
+VCC
uI2
RW
T2
I
R
VEE
图3.3.14 恒流源电路的简化画法及电路调零措施
调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1=uI2=0时，uO=0。
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3.3 直接耦合放大电路
3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象
一、 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点， 并缓慢地发生不规则变化的现象。 原因：放大器件的参 数受温度影响而使 Q 点不 稳定。也称温度漂移。
放大电路级数愈多，放 大倍数愈高，零点漂移问题 愈严重。
R C R C // R L
注意：由于输出回路的不 对称性，UCEQ1≠UCEQ2。
U CQ 1 V CC I CQ R C U CQ 2 V CC I CQ R C
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动态分析
Ad = 1 2
( R c // R L )
具有电流源的差分放大电路
+VCC
Rc
uI1 R T 1
T3
Rc + uO
T2
+VCC
RC
RC
uO
uI2
R
Rb2 uI1 T 1 I
T2 uI2
Re
Rb1 VEE
VEE
简化画法
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复习
1.差分放大电路的类别
VDD +VC CC +VCC 基本差分放大电路 Rc V +VCC C Rc iD2 Rc iD2 Rc o2 R Rc 长尾式差分放大电路 v Rc2 Rc1 + uoc + uo id + uo T2 uI1 RT1 b1 + uo uuI2 Rb2 Rb2 I2 R 恒流源式差分放大电路 R R VT R1VT VT RR VT + R+VT VT 2 VT + ~1 1 VT FET差分放大电路 1 2 uI +1u Id + ~1 u 2 2 uId 2 I0 VT 1 I 2.差分放大电路的接法 uId R 1 2 +1 ~ +uuId R 3 Rb1 ~22 R R -VRe EE 双端输入、双端输出； 2 e V VEEEE VEE 双端输入、单端输出； Rd Rd
Rid=2(Rb +rbe)
K CMR 20 lg Ad Ac
Rod=2Rc
dB
共模抑制比
K
CM R

Ad Ac
双端输出，理想情况
K CMR
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4. 电压传输特性
放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。
uod
uo ＝ f ( uI )
uId
如改变uI的极性，可 得另一条图中虚线所 示的曲线，它与实线 完全对称。
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动态分析
运用叠加定理：
共模输入信号
差模输入信号
图3.3.11单端输入、双端输出等 效电路(b)
与双端输入双端输出的一样。
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3. 单端输入、单端输出 静态分析
IE=(VEE―VBE)∕2RE
IB1=IB2 =IE1/(1+β) VCE1=Vo+VEE―REIE Vo=VCCRL∕(RC+RL)―ICRLRC∕(RC+RL)
不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻 Rid是基本放大电路的两倍。
R id 2 R b rbe

(4)输出电阻
单端输出时
Ro Rc
双端输出时
Ro 2 Rc
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(5)共模抑制比
共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。
K CMR Ad Ac Ad Ac
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FET差分放大电路
Rd
iD2
Rd
VDD
iD2 T2
电路图
（单端输入单端输出）
Vo2
vid
Rg1
T1
Rg2
I0
分析方法相同
-VEE
图3.3.15 FET差分式放大电路
但输入电阻很大，JEFT
1012欧姆
MOSFET 1015欧姆
FET差分式放大电路常用于集成电路的输入级。
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3.对差模信号的放大作用
分析时注意二个“虚地”
E点电位在差模信号作用下 不变，相当于接“地”。
图3.3.5 差分放大电路加差模信号（a)
负载电阻的中点电位在差 模信号作用下不变，相当 于接“地”。
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第三章 多级放大电路
差模信号作用下的等效电路