差分运算放大器基本知识
差分运算放大器基本知识
一.差分信号的特点:图1 差分信号1.差分信号是一对幅度相同,相位相反的信号。
差分信号会以一个共模信号V ocm为中心,如图1所示。
差分信号包含差模信号和公模信号两个部分,差模与公模的定义分别为:Vdiff=(V out+-V out-)/2,V ocm=(V out++V out-)/2。
2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。
如图1,绿色表示的是单端信号的摆幅,而蓝色表示的是差分信号的摆幅。
所以在同样电源电压供电条件下,使用差分信号增大了系统的动态范围。
3.差分信号可以抑制共模噪声,提高系统的信噪比。
In a differential system,keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage.Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise.4.差分信号可以抑制偶次谐波,提高系统的总谐波失真性能。
Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system.二.分析差分放大器电路图2.差分放大器电路分析图如图2所示,差分放大电路分析的基本原则与普通运算放大器中虚断虚短原则相同,同时还具有其特有的分析原则:输出的差分信号幅度相同,相位相差180度,以V ocm共模电压为中心对称,差分信号的增益为Gain=R F/R G。
运算放大器知识点总结
u otu u i1i2运算放大器知识点总结1、 部分组成偏置电路,输入级,中间级,输出级。
2、零点漂移: (1)表现:输入u i =0时,输出有缓慢变化的电压产生。
(2)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。
(3)衡量方法:将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。
例如100,=u1A100=u2A 10000=u A如果输入等效为100uV ,漂移为1V 。
(4)减小漂移的措施: 采用差动放大电路采用温度补偿,非线性元件 3运放的输入级一般采用差动放大电路。
差动放大电路又称差分放大电路,它的输出电压与两个输入电压之差成正比。
它能较好地克服直接耦合放大器的零点漂移问题,是集成运算放大器的基本组成单元。
结构如右图:(1)对称性结构 β1=β2=β U BE1=U BE2= U BE r be1= r be2= r be R C1=R C2= R C R b1=R b2= R b(2)信号分类差模信号:i2i1id =uu u -ou VCC V EE ou V CC V EEi2uEE共模信号:)(21=i2i1icuuu+差模电压增益:idodud=uuA共模电压增益:icocuc=uuA总输出电压:icucidudocodo=uAuAuuu+=+211EEAB RRRVU+=3ABC3V7.0RUI-=2C3C2C1III==②动态恒流源等效电阻:)//1(321be33ce RRRrRrR+++=β等效,且212121//RRRRRR+⨯=(5)差动放大器输入、输出方式的接法u i1=u i2 =u ic,u id=0设u i1 ↑,u i2↑→u o1↓,u o2↓。
因u i1 = u i2,→u o1 = u o2→ u o= 0 (理想化)共模电压放大倍数A UC=0 i2i1u①双端输入双端输出共模电压放大倍数 A UC =0 差模输入电阻:()be s id 2r R R += 输出电阻:()be s id 2r R R += ②双端输入单端输出差模电压放大倍数:使用于将差分信号转化为单端输出的信号 差模输入电阻:()be id 2r R R b += 输出电阻:R 0=R C共模电压放大倍数 u i1=u i2 =u ic , 设u i1 ↑,u i2 ↑→ i e1 ↑ ,i e1 ↑ 。
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
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。
运算放大器基本知识
运算放大器基本知识
运算放大器(Operational Amplifier,简称OP-AMP)是一种特殊的电子放大器,以其性能优良、可靠性高而被广泛应用。
运算放大器由直流耦合放大器、输出级和反馈网络组成。
运算放大器的特点如下:
1. 高增益:运算放大器具有非常高的直流电压增益,通常在
10^5至10^6之间。
2. 宽频带:运算放大器在0频到几兆赫兹的频率范围内能够提供线性放大。
3. 低失调:运算放大器的失调输入电压和失调输入电流非常小。
4. 大输入阻抗:运算放大器的输入阻抗通常很大,可以达到几兆欧姆。
5. 小偏移电压:运算放大器的输入端之间的偏移电压非常小。
6. 大输出电流:运算放大器的输出电流能够达到几百毫安。
运算放大器的基本运算包括放大、求和、差分和积分等。
运算放大器的输出电压等于输入电压与输入电阻之间的乘积。
通过调节反馈网络中的电阻和电容,可以实现各种各样的运算功能。
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。
运算放大器学习的12个基础知识点
运算放大器学习的12个基础知识点一、一般反相/同相放大电路中都会有一个平衡电阻,这个平衡电阻的作用是什么?1、为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置,芯片内部的电路通常都是直接耦合的,它能够自动调节静态工作点。
但是,如果某个输入引脚被直接接到了电源或者地,它的自动调节功能就不正常了。
因为芯片内部的晶体管无法抬高地线的电压,也无法拉低电源的电压,这就导致芯片不能满足虚短、虚断的条件,电路需要另外分析。
2、消除静态基极电流对输出电压的影响,大小应与两输入端外界直流通路的等效电阻值平衡,这也是其得名的原因。
二、同相比例运算放大器,在反馈电阻上并一个电容的作用是什么?1、反馈电阻并电容形成一个高通滤波器, 局部高频率放大特别厉害。
2、防止自激。
三、运算放大器同相放大电路如果不接平衡电阻有什么后果?烧毁运算放大器,有可能损坏运放,电阻能起到分压的作用。
四、在运算放大器输入端上拉电容,下拉电阻能起到什么作用?是为了获得正反馈和负反馈,这要看具体连接,比如我把现在输入电压信号,输出电压信号,再在输出端取出一根线连到输入段。
那么由于上面的那个电阻,部分输出信号通过该电阻后获得一个电压值,对输入的电压进行分流,使得输入电压变小,这就是一个负反馈。
因为信号源输出的信号总是不变的,通过负反馈可以对输出的信号进行矫正。
五、运算放大器接成积分器,在积分电容的两端并联电阻RF的作用是什么?用于防止输出电压失控。
六、为什么一般都在运算放大器输入端串联电阻和电容?如果你非常熟悉运算放大器的内部电路的话,你就会知道,不论什么运算放大器都是由几个晶体管或是mos管组成。
在没有外接元件的情况下,运算放大器就是个比较器,同相端电压高的时候,会输出近似于正电压的电平,反之也一样。
但这样运放似乎没有什么太大的用处,只有在外接电路的时候,构成反馈形式,才会使运放有放大功能。
七、运算放大器同相放大电路如果平衡电阻不对有什么后果?1、同相反相端不平衡,输入为0时也会有输出,输入信号时输出值总比理论输出值大或小一个固定的数。
运算放大器的计算-差分运放
运算放大器的计算-差分运放
摘要:
I.运算放大器的概述
- 什么是运算放大器
- 运算放大器的基本构成
II.差分运放的概述
- 什么是差分运放
- 差分运放的构成和原理
III.差分运放的特性
- 差分运放的输入和输出特性
- 差分运放的频率响应特性
IV.差分运放的典型应用
- 差分运放在音频处理中的应用
- 差分运放在通信系统中的应用
V.差分运放的优缺点
- 差分运放的优点
- 差分运放的缺点
VI.结论
- 对差分运放的总结和展望
正文:
运算放大器是一种电子电路,可以将两个输入信号的差值放大,并输出放大的
结果。
运算放大器广泛应用于各种电子设备和系统中,例如音频放大器、滤波器、振荡器、信号处理器等。
差分运放是运算放大器的一种,具有两个输入端和一个输出端,可以用于放大两个输入信号之间的差值。
运算放大器 原理
运算放大器原理
运算放大器是一种电子设备,用于放大输入信号的幅度,并保持信号的准确性和稳定性。
它常用于信号处理、比较和运算等电路中。
运算放大器的原理基于差分放大器和反馈控制原理。
差分放大器是运算放大器的关键部分,它由两个输入端和一个输出端组成。
运算放大器的输入信号通过差分放大器进行放大,然后通过反馈电路返回到差分放大器的输入端,从而实现放大器输出的稳定和准确。
运算放大器的运算放大倍数也称为增益,可以通过控制反馈回路的参数来调整。
反馈回路通过将输出信号与输入信号的差异转换为一个负反馈信号,控制输入信号的放大倍数。
这样,运算放大器就可以提供一个固定的放大倍数,并将输入信号放大到所需的幅度。
运算放大器的输入阻抗很高,输出阻抗很低,这使得它可以与其他电路连接而不影响信号的质量。
此外,运算放大器具有宽带宽和高增益的特性,使其在各种信号处理和运算电路中广泛应用。
总之,运算放大器通过差分放大器和反馈控制原理实现输入信号的放大,并且保持输出信号的准确性和稳定性。
它是电子电路中重要的基础设备,被广泛用于信号处理和运算领域。
差分运算放大器计算公式
差分运算放大器计算公式
1.差模增益计算公式
差模增益是指放大器对输入信号的差分模式(即两个输入信号的差)的放大倍数。
差模增益由差模电压增益(AD)和相位增益(PD)组成,具体计算公式如下:
AD = -gm*(RC,RL)
PD = gm*Rc/(1+gm*Re)
其中,gm代表差分管(BJT或MOSFET)的跨导(公式为ID/VGS,其中ID为差分管的电流,VGS为差分管的控制电压);RC为差分管集电极的负载电阻;RL为放大器的负载电阻;Re为差分管的发射极稳定电阻。
2.共模增益计算公式
共模增益是指放大器对输入信号的共模模式(即两个输入信号之和)的放大倍数。
共模增益由共模电压增益(ACM)和相位增益(PCM)组成,具体计算公式如下:
ACM = gm*(RC,RL)/2
PCM = gm*Rc/(1+gm*Re)
在实际应用中,差分运算放大器的设计需要根据具体的性能要求和电路参数进行选择和调整。
例如,可根据差分管的类型(BJT或MOSFET)、工作电流和电压、负载电阻等参数进行选择。
此外,为了提高差分运算放大器的性能,还需要考虑偏置电流稳定、共模电压范围、动态范围、频率响应等因素。
总之,差分运算放大器的计算公式是基于电路的物理原理和数学模型推导得出的,根据输入信号的特性和放大器的参数,可以计算出放大器的差模增益和共模增益,从而了解其放大性能和输入信号的处理特点。
运算放大器分类
运算放大器分类运算放大器是一种基本的模拟电路元件,广泛应用于各种电子设备中。
根据其不同的性质和功能,可以将运算放大器分为几类。
1.差分放大器差分放大器是一种基本的运算放大器,主要用于实现信号放大和滤波。
它的输入端有两个,可以将两个输入信号进行差分运算,输出差分信号的放大结果。
差分放大器具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点,适用于放大微弱信号和抑制噪声干扰。
2.反馈放大器反馈放大器是一种将一部分输出信号反馈到输入端的运算放大器。
反馈放大器可以实现信号放大、滤波、稳压等功能,还可以提高放大器的线性度和稳定性。
根据反馈方式的不同,反馈放大器可以分为正反馈和负反馈两种。
其中,负反馈放大器最为常见,可以减小放大器的失调、漂移和噪声,提高放大器的性能和可靠性。
3.比较器比较器是一种将两个输入信号进行比较,输出高低电平的运算放大器。
比较器可以用于电压比较、信号检测、门电路等方面。
根据比较器的输出类型,可以将其分为开关型比较器和线性比较器两种。
其中,开关型比较器输出只有两种状态,常用于数字电路中的逻辑运算;线性比较器输出具有连续的电平变化,常用于模拟电路中的信号处理。
4.积分放大器积分放大器是一种将输入信号进行积分运算后输出的运算放大器。
积分放大器可以用于实现信号积分、微分和低通滤波等功能,还可以提高放大器的稳定性和线性度。
与差分放大器相比,积分放大器的输入阻抗较低,输出阻抗较高,适用于高精度的信号处理和控制系统中。
5.微分放大器微分放大器是一种将输入信号进行微分运算后输出的运算放大器。
微分放大器可以用于实现信号微分、高通滤波和波形恢复等功能,还可以提高放大器的线性度和稳定性。
与积分放大器相比,微分放大器的输入阻抗较高,输出阻抗较低,适用于高速信号处理和控制系统中。
运算放大器是一种非常重要的电子元件,在各种电子设备中都有广泛的应用。
根据其不同的性质和功能,可以将运算放大器分为差分放大器、反馈放大器、比较器、积分放大器和微分放大器等几类。
运算放大器电路原理
运算放大器电路原理运算放大器(Operational Amplifier,简称Op-Amp)是一种极为重要的电子元器件,广泛应用于各种电路中。
它具有高增益、差分输入、单端输出等特点,能够放大电压、电流和功率等信号,并提供微弱信号的放大和处理功能。
本文将介绍运算放大器的基本原理及其电路结构。
一、运算放大器的基本原理运算放大器是一个多元件集成电路(IC),通常由几个晶体管、电阻和电容器等元件组成。
它的核心部分是一个差分放大器,具有高增益特性。
运算放大器的输出电压与输入电压之间的关系可以通过下面的公式表示:Vout = Av (V+ - V-)其中,Vout为输出电压,Av为放大器的开环增益,V+和V-分别为非反相输入和反相输入。
二、运算放大器的电路结构运算放大器的电路图可以简化为以下几个主要部分:1.差动放大器:差动放大器是运算放大器的核心部分,它由两个输入电源、两个输入电容和两个晶体管等电路组成。
它的作用是将输入信号进行差分放大,增益高达几千倍。
2.电流镜:电流镜是一个由晶体管组成的电流源,用于提供稳定的电流输出。
它的作用是保持差动放大器的工作点稳定,使得差动放大器的输出可以线性放大。
3.级联放大器:级联放大器由多个差分放大器组成,用于提高整个运算放大器的放大倍数。
每个差分放大器都会放大之前的放大器的输出信号。
4.反馈网络:反馈网络是运算放大器的重要部分,通过它可以实现对输出信号进行控制和调整。
反馈网络可以分为正反馈和负反馈两种形式,具体的选择取决于应用的要求。
三、运算放大器的应用运算放大器在电子电路中具有广泛的应用,主要包括以下几个方面:1.信号放大:运算放大器可将输入信号放大到所需的幅度,用于增强微弱信号。
2.滤波:运算放大器可以配合电容器和电阻等元件,构成滤波电路,用于滤除不需要的频率成分,提取特定频率的信号。
3.比较器:运算放大器可以作为比较器使用,用于判断输入信号的大小关系,并输出相应的逻辑电平。
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。
差分放大器的使用要点之差分输入知识分享
差分放大器的使用要点之差分输入知识分享
许多应用都需要使用低功耗、高性能的差分放大器,将小差分信号转换成可读的接地参考输出信号。
两个输入端通常共用一个大共模电压。
差分放大器会抑制共模电压,剩余电压经放大后,在放大器输出端表现为单端电压。
共模电压可以是交流或直流电压,此电压通常会大于差分输入电压。
抑制效果随着共模电压频率增加而降低。
相同封装内的放大器拥有更好的匹配性能、相同的寄生电容,并且不需要外部接线。
因此,相比分立式放大器,高性能、高带宽的双通道放大器拥有更出色的频率表现。
一个简单的解决方案就是使用阻性增益网络的双通道精密放大器,如图1所示。
此电路显示了一种将差分输入转换为带可调增益的单端输出的简单方式。
系统增益可通过公式1确定:。
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
差分放大器的结构、特点及作用
1. 差分放大器的结构、特点及作用 特点:差分信号作为输出可以增大最大输出压摆。
差分工作模式,能很好抑制环境噪声(如电源噪声),即所谓的共模抑制。
虽然这是以电路面积为代价的,但对于在单端模式时采用其它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。
差分电路还具有偏置电路简单和线性度高等优点。
结构: 应用:2. 基本差分对中的尾电流源的作用为差分对提供一个电流源I S ,以使差分对具有固定的尾电流,从而产生独立于输入共模信号V ic 的电流I D1+I D2。
在共模输入时差分对管的工作电流I D1=I D2= I S /2,并且保持恒定; 同理,其共模输出电平也保持恒定,且其值为V DD -RI S /2(R 为负载等效电阻)。
解决了由于差分对管在共模输入时的工作电流变化引起非线性及输出信号失真等。
3. 各类差分放大器的增益(共模增益、差模增益)、输入输出共模电平范围、线性增益区的范围(对所给电路图分析计算)V i1V i2V i1V i2双端输入双端输出时的差模电压增益 双端输入单端输出差模电压增益在理想情况下,由于电路的完全对称性,则当输入共模信号时,由于引起差分对管的每边的输出电压的变化量相等,双端输出的电压为0,故电压增益为0。
理想情况下,单端输出共模小信号增益也为0。
4. 各类差分放大器的失调分析(失调的表示方式、原因,减小失调的方法) P83减小由于输入差分对管不对称所引起的输入失调电压a 、减小输入差分对管MOS 管的阈值电压差,一种有效的方法就是采用离子注入工艺,使输入差分对管的阈值电压一致性较好。
b 、减小失调误差的另一种方法是减小由于差分对管的几何尺寸的不对称引入的误差,这可以增大差分对管的尺寸,从而减小ΔW/W 与ΔL/L 的值(但这会造成输入差分对管具有大的寄生电容)来实现,并且通过提高光刻精度以减小ΔW/W 与ΔL/L 的误差值。
5. 差分放大器共模抑制能力的表示方式共模抑制比CMRR 表示差分放大器的共模抑制能力,CMRR 定义为放大器的差模信号电压增益与共模信号电压增益之比。
全差分运算放大器共模点
全差分运放(Fully Differential Amplifier)是一种基于差分输入和差分输出的放大器电路,能够在差分信号中放大信号同时抑制共模信号。
共模点(Common Mode Point)则是指全差分运放的输入共模电压的值。
在全差分运放器中,共模点是指两个输入端的电压相等时的电压值。
在理想情况下,全差分运放器能够将共模信号进行完全抵消,使其在输出端不产生任何增益。
但在实际电路中,由于器件的不匹配和偏置电流等影响,使得共模信号无法完全抵消,会在输出端产生一定的共模幅度。
当全差分运放器失去共模抑制能力时,通常会出现共模放大(Common-Mode Gain)的情况,即输入的共模电压在输出端产生了有放大的幅度。
共模放大会引入不必要的噪声和失真,影响电路的性能。
为了实现更好的共模抑制性能,可以采取一些措施,如优化差分对输入电路的设计、增加电流源的稳定性和匹配性,以及采用高质量的元件等。
另外,可通过加入补偿电路、调整工作点和增加反馈等方式来提高共模抑制能力和共模稳定性。
总之,共模点是指全差分运放器的输入共模电压值,通过优化电路设计和采取相应措施,可以提高共模抑制性能,减少共模放大现象,提高差分信号的放大效果。
差分放大器和运算放大器
)、(b)两图的增益带宽积 (1)运放用 )运放用TL082,测量(a)、 两图的增益带宽积,填表 ,测量( )、 两图的增益带宽积,
100k
+5V Vo Vi (a) -5V
Vi
1k
+5V Vo
1k
(b)
-5V
(2)将TL082换成 换成LM358,重做上面实验 ) 换成 ,
2、运算放大器上升时间和下降时间的测量 、 运算放大器开环使用,当输入是方波时,输出不是理想方波, 运算放大器开环使用,当输入是方波时,输出不是理想方波, 不管是上升沿还是下降沿都有惰性, 不管是上升沿还是下降沿都有惰性,存在上升时间和下降时 间,如下图
一、差分放大器的差模传输特性
Vcc i C1
Rc Rc
+ v OD +
i C2
T1
T2
v ID
-
I EE VEE
差分放大器
差分放大器的差模传输特性如下图: 差分放大器的差模传输特性如下图:
• • • • •
从差模传输特性可以看出, 是三角波时, 从差模传输特性可以看出,当VID是三角波时, 为三角波; (1)如其幅度小于 T(26mV),则VOD为三角波; )如其幅度小于V , 之间, (2)如其幅度介于 T和4VT之间,则VOD近似为正弦 )如其幅度介于V 波; 为方波。 (3)如其幅度远大于 T,则VOD为方波。 )如其幅度远大于V 在信号发生器中经常利用( )的特性, 在信号发生器中经常利用(2)的特性,将三角波转 换成正弦波。 换成正弦波。
R1 10k
+5V
TL082
Vo
Vi
R2 10k
-5V R3 51k
5、运算放大器组成方波-三角波发生器 、运算放大器组成方波 三角波发生器 搭接下图,用示波器观察并画出V 波形,调节RP1,测 搭接下图,用示波器观察并画出 o1、Vo2波形,调节 , 量三角波的频率范围。 量三角波的频率范围。 。
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一.差分信号的特点:
图1 差分信号
1.差分信号是一对幅度相同,相位相反的信号。
差分信号会以一个共模信号
V
ocm
为中心,如图1所示。
差分信号包含差模信号和公模信号两个部分,
差模与公模的定义分别为:Vdiff=(V
out+-V
out-
)/2,Vocm=(V
out+
+V
out-
)/2。
2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。
如图1,绿色表示的是单端信号的摆
幅,而蓝色表示的是差分信号的摆幅。
所以在同样电源电压供电条件下,使用差分信号增大了系统的动态范围。
3.差分信号可以抑制共模噪声,提高系统的信噪比。
In a differential
system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise.
4.差分信号可以抑制偶次谐波,提高系统的总谐波失真性能。
Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system.
二.分析差分放大器电路
图2.差分放大器电路分析图
如图2所示,差分放大电路分析的基本原则与普通运算放大器中虚断虚短原则相同,同时还具有其特有的分析原则:
输出的差分信号幅度相同,相位相差180度,以V ocm 共模电压为中心对称,差分信号的增益为Gain=R F /R G 。
具体分析:
图3 分析电路
A F 定义为开环差分增益:V OUT+-V OUT-=A F (V P -V N ),通常有A F >>1。
输入电压定义:V ID = V IN+-V IN 【1】;V IC =( V IN++V IN )/2【2】。
输出电压定义:V OD = V OUT+-V OUT-【3】;V OC =( V OUT++V OUT-)/2【4】;V OUT+-V OUT-=A F (V P -V N )【5】;V OC =V OCM 【6】。
计算节点电压有:
21
1212
34
3434
N IN OUT P IN OUT R R V V V R R R R R R V V V R R R R -+
+
-
=+++=+++
令3134R R R β=
+和1
212
R R R β=+,则节点V N 和V P 可表示为:
()()2211
11N IN OUT P IN OUT V V V V V V ββββ-++-=-+=-+【7、8】
由式7、8可简化出差分运放的方框图:
图4 方框图
由该图可以得出输入与输出的关系:(综合式5、7、8)
[]2112(1)(1)(1)(1)OUT F OUT F F IN IN V A V A A V V ββββ+-+-+-+=---【9】
由1~4式和6式导出:V OUT-=2V OC -V OUT+和V OC =V OCM ,结合上式有:
12112
12
1
(1)(1)2(
)12
1IN IN OCM F
OUT F F V V V A V A A βββββββ+-+---++=
++
+【10】
理想情况下有11F A β?和21F A β?,所以上式可简化为:
121
12
(1)(1)2IN IN OCM OUT V V V V βββββ+-+---+=
+【11】
同理可以得出:
12212
12
1
(1)(1)2(
)12
1IN IN OCM F
OUT F F V V V A V A A βββββββ+----+-++=
++
+【12】
简化后有:
122
12
(1)(1)2IN IN OCM OUT V V V V βββββ+----+-+=
+【13】
有此可求得:
[]121212
12
2(1)(1)2()
121IN IN OCM OD OUT OUT F F V V V V V V A A ββββββββ+-+----+-=-=
++
+【14】
简化后有:
[]121212
2(1)(1)2()
IN IN OCM OD OUT OUT V V V V V V ββββββ+-+----+-=-=
+【15】
由以上各式可以看出,差分放大器两输出的放大倍数是可以被分别控制的。
使用匹配电阻R 1=R 3,R 2=R 4,使反馈平衡,则有12βββ==,此时有:
2
1
111111OUT OUT F IN IN F F V V A R V V A R A ββββββ
+-+----==⨯==-++
采用平衡反馈,保证12ββ=,以避免由V OCM 产生V OD 的偏置。