差分放大器设计

(2) 设置静态工作点并计算元件参数 计算恒流源电路参数：
＋VCC ＋12V RC1 10k ① RB1 6.8k ＋ Vid － BG319 i0 T3 RE3 2k T4 RE4 2k RP2 10k T1 RL 20k T2 RC2 10k RB2 6.8k ②
IR I0
2010-1-26
16
Rid与Rod的测量方法
差模输入电阻Rid与差模输出电阻Rod的测量方 法与单管放大器输入电阻Ri及输出电阻Ro的测量方 法相同。
R
+ +
Ii
S
Rs
+
Vs
–
Vs
–
Vi
–
Ri
被 测 放 大 电 路
Rs
+
VS
–
被 测 放 大 电 路
+
Ro
+
RL Vo
VoL
–
–
Vi Vi Vi Rid R I i Vs Vi / R Vs Vi
2010-1-26
3
电路特点
1、电路的结构对称，有恒流源的作用，电路静 态工作点稳定。 2、抑制零点漂移的能力强。无论是温度的变 化，还是电源的波动(称之为共模信号)，对T1、T2 两管的影响都是一样的。
3、电路的下限频率低。适用于放大变化速率 低的小信号。
2010-1-26
4
1. 输入－输出信号的连接方式
(1) 确定电路连接方式及晶体管型号 根据要求KCMR＞60dB，即要求电路的对称性要 好，应采用集成差分对管BG319（ BG319内部有4只 特性完全相同的管子）或挑选三极管性能参数较一 致的3DG130、3DG100等。根据题目要求，采用具 有恒流源的单端输入—双端输出差分放大电路。
2010-1-26 21
5.1k
2010-1-26
具有恒流源的单端输入—双端输出差分放大器
(2) 设置静态工作点并计算元件参数
＋VCC ＋12V RC1 10k ① RB1 6.8k ＋ Vid － BG319 i0 T3 RE3 2k T4 RE4 2k RP2 10k T1 RL 20k T2 RC2 10k
VEE 0.7 V R RE
R+RE=11.3k
取RE3= RE4=2k，则 R=9.3k，为方便调整 I0，R用5.1k电阻与 10k电位器RP2串联。
－VEE －12V
5.1k
T3、T4静态工作电压 VB3= VB4= -IR*R= -9.3V VE3= VE4= VB3 – 0.7= -10V
2010-1-26 17
Rod
Vo VoL RL VoL
3. 共模特性
当差分放大器两输入端输入共模信号(大小相等、 极性相同)vic时，由于恒流源的作用，集电极电压vC1、 vC2不会因vic变化而同时增大或减小。如果电路参数完 全对称，则共模电压增益AVc0。故具有恒流源的差 分放大器对共模信号，如晶体管的零点漂移、电源波 动、温度变化等的影响具有很强的抑制能力。 常用共模抑制比KCMR来表征差分放大器对共模 信号的抑制能力，即
计算T1、T2静态工作点： 集电极： VC1Q= VC2Q
RB2 6.8k ②
= VCC–IC RC= 7V 基极： VB1Q= VB2Q =(Ic/ )RB1=0.08V0V 则 VE1Q= VE2Q –0.7V
－VEE －12V
5.1k
2010-1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ26
25
具有恒流源的单端输入—双端输出差分放大器
要求AVD＞20
RL AVD 20 RB1 rbe 取AVD=30 则RL 5.1k
RL ( RL / 2) RC 10.4k ( RL / 2) RL
取RC1= RC2=10k
24
RL RC //(RL / 2)
－VEE －12V
10
四、主要特性参数及其测试方法 1. 传输特性
2. 差模特性
3. 共模特性
2010-1-26
11
1. 传输特性
vid=0时，IC1= IC2= I0/2， vid增加(±25mV以内)时， 称Q点为静态工作点； 传输特性 iC1随vid线性增加，iC2则 线性减少，IC1+ IC2 是指差分放大 = I0的 关系不变；
15
差模电压增益AVD的测量方法 设差分放大器为单端输入—双端输出接法
输入差模信号为fi=500Hz、Vid=20mV（有效值)正 弦波，用双踪示波器测量vC1及vC2(它们应是一对大 小相等、极性相反的不失真正弦波)，用示波器或晶 体管毫伏表分别测量VC1、VC2
VC1 VC2 双端输出时的差模电压增益： A 若VC1与VC2不等，则说明 VD Vid 放大器的参数不完全对称。 若VC1与VC2相差较大，需 VC1 VC2 重新调整Q点，使电路能尽 单端输出时的差模电压增益： A VD 可能对称。 Vid Vid
器输入差模电 压vid时，集电 vid增加 (超过±50mV)时， i极电流iC2随输 C1增加和i C 减小都逐渐变缓， i入电压vid作非线性变化。 C1、iC2随v id的变 化规律。
vid再增加(超过±100mV)， iC1、iC2不再随vid变化 限幅区
2010-1-26
I0
非线性区 线性放大区
2010-1-26
26
具有恒流源的单端输入—双端输出差分放大器
(2) 设置静态工作点并计算元件参数
＋VCC ＋12V RC1 10k ① RB1 6.8k ＋ Vid － BG319 i0 T3 RE3 2k
12
1. 传输特性 传输特性 是指差分放大 器输入差模电 压vid时，集电 极电流iC随输 入电压vid的变 化规律。
加入射极电阻RP可增强电流负 反馈，扩展线性区,当RP＝100， vid在±50mV内是线性区
线性放大区扩宽
2010-1-26
13
测量传输特性的方法
vc1=Vcc -ic1*Rc1
VC1= VC20，示波器观测 vC1、vC2时，其波形近似于 一条水平直线。共模电压 增益AVC0，则共模抑制比
K CMR
AVD AVC
2010-1-26
19
共模抑制比KCMR的测量方法
先测量放大器的差模电压增益AVD,再测量共模增益AVC。
若电路对称性不是很好， vC1、vC2的波形可能为一 电路的共模抑制比： 对大小相等、极性相反的 AVD1 正弦波。但其幅值很小， KCMR 20lg dB 将示波器V/cm”置于较小 AVC 档时才能观测到波形。
双端输出时：
AVC
单端输出时： AVC
2010-1-26
VC1 VC2 Vic
VC1 VC2 Vic Vic
20
五、设计举例
例 设计有恒流源的单端输入—双端输出差分放大器。 已知条件 +VCC=+12V，–VEE= –12V，RL=20k， Vid=20mV。 性能指标 Rid＞20k，AVD≥20，KCMR＞60dB。
Q点主要由恒流源i0值 决定，一般先设定I0。
●
I0越小，恒流源越恒 定，漂移越小，放大器 的输入阻抗越高。
●
－VEE －12V
5.1k
但不能太小，一般为 几毫安。取I0=1mA。
●
2010-1-26
22
具有恒流源的单端输入—双端输出差分放大器
(2) 设置静态工作点并计算元件参数
IR= I0=1mA，IC1= IC2= I0/2=0.5mA
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
注意：
连接方式不同，电路特性参数有所不同。
2010-1-26
5
双端输入—双端输出
RL加在 3、 4端 R1、R2是均压电阻， 给差分放大器提供对 称差模输入信号
Vid 两端
均不接地
2010-1-26
6
两个输出端应 接相同的负载
两个输出端应 接相同的负载
信号源的一端和 差 分放大器的一个输入 端均应接地
2010-1-26
9
2. 静态工作点的计算
静态工作点主要由恒流源 电流I0的大小决定。
恒定电流I0主要由电源电 压–VEE及电阻R、RE4决 定。
恒定 电流I0
输入端不加信号
2010-1-26
恒流源电路的 参考电流 IR
在实际应用中是通过测量T1和T2的集电极电压vC1、 vC2随差模电压vid的变化规律来测量差模传输特性。 因为vC1= VCC–iC1RC1，如果+ VCC、RC1确定，则vC1与 –iC1的变化规律相同，而且测量电压vC1、vC2比测量电 流iC1、iC2要方便得多。
测量差模传输特性接线图
2010-1-26
二、设计课题
具有恒流源的单端输入—单端输出差分放大器设计 已知条件 VCC=+12V，VEE= –12V，RL=20k， Vid=20mV(有效值)，3DG100或9018
性能指标要求 Rid＞10k，AVD＞15，KCMR＞50dB。
2010-1-26
2
三、具有恒流源的差分放大器组成及特点
K CMR AVD AVC
K CMR AVD 20 lg dB AVC
K CMR 愈大，说明放大器抑制共模信号能力愈强， 放大器的性能愈好。
2010-1-26 18
共模抑制比KCMR的测量方法
先测量放大器的差模电压增益AVD,再测量共模增益AVC。
输入Vic=500mV， fi=500Hz的共模 信号。 示波器观测vC1、vC2 将放大器的①端与②端相连接 若电路的对称性很好，则
双端输入—单端输出
两个输出端应 接相同的负载 两个输出端应 接相同的负载
Vid 两端均不接地
均压电阻R1、R2给 差分放大器提供对 称差模输入信号
2010-1-26
7
•单端输入—双端输出
RL应接在3、 4两个输出端
信号源的一端 和差分放大器 的一个输入端 均接地
2010-1-26
8
•单端输入—单端输出
＋VCC ＋12V RC1 10k ① RB1 6.8k ＋ Vid － BG319 i0 T3 RE3 2k T4 RE4 2k RP2 10k T1 RL 20k T2 RC2 10k RB2 6.8k ②
26mV rbe 300 (1 ) 3.4K I0 / 2mA mA
要求Rid＞20k
Rid=2(RB1+ rbe)＞20k 则 RB1＞6.6k
取RB1= RB2=6.8k
－VEE －12V
5.1k
2010-1-26
23
具有恒流源的单端输入—双端输出差分放大器 (2) 设置静态工作点并计算元件参数
＋VCC ＋12V RC1 10k ① RB1 6.8k ＋ Vid － BG319 i0 T3 RE3 2k T4 RE4 2k RP2 10k T1 RL 20k T2 RC2 10k RB2 6.8k ②
在模拟集成电路中，差分放大器常作为输入级或 中间放大级。
输出端
输入端 T1、T2称为差分对管，T1与T2 T3、T4是特性相同的晶体管， 特性应相同，常用双三极管如 与电阻RRP可调整电路的对称性 E3、RE4、R共同组成 5G921或BG319等，它与RB1、 恒流源电路，为差分对管的射 RB2、RC1、RC2及RP共同组成 极提供恒定电流I0 差分放大器的基本电路
5.3 差分放大器设计
一、学习要求 二、设计课题
具有恒流源单端输入—单端输出差分放大器设计
三、具有恒流源的差分放大器组成及特点 四、主要特性参数及其测试方法 五、设计举例 六、实验要求
1
3.3 差分放大器设计
一、学习要求
掌握差分放大器的主要特性参数及其测试方法； 学会设计具有恒流源的差分放大器及其调试技术。
示波器上显示的差模传输特性曲线
14
2. 差模特性
双端输出时的差模特性完全相同
从差分放大器的两个输入端输入一对差模信号(大
小相等、极性相反)时，与差分放大器4种接法所对应
的差模电压增益AVD、差模输入电阻Rid、差模输出电 阻Rod的关系如表所示。
2010-1-26
单端输出时的差模特性 也完全相同
双端输入、单端输入， 输入电阻Rid是相同的
具有恒流源的单端输入—双端输出差分放大器
(2) 设置静态工作点并计算元件参数
T1、T2、T3、T4为BG319的4只晶体管，1=2=3=4=60
＋VCC ＋12V RC1 10k ① RB1 6.8k ＋ Vid － BG319 i0 T3 RE3 2k T4 RE4 2k RP2 10k T1 RL 20k T2 RC2 10k RB2 6.8k ②