差分放大电路解读
运放差分放大电路原理知识介绍
运放差分放大电路原理知识介绍文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]差分放大电路（1）对共模信号的抑制作用 差分放大电路如图所示。
特点：左右电路完全对称。
原理：温度变化时，两集电极电流增量相等，即C2C1I I ∆=∆，使集电极电压变化量相等，CQ2CQ1V V ∆=∆，则输出电压变化量0C2C1O =∆-∆=∆V V V ，电路有效地抑制了零点漂移。
若电源电压升高时，仍有0C2C1O =∆-∆=∆V V V ，因此，该电路能有效抑制零漂。
共模信号：大小相等，极性相同的输入信号称为共模信号。
共模输入：输入共模信号的输入方式称为共模输入。
（2）对差模信号的放大作用 基本差分放大电路如图。
差模信号：大小相等，极性相反的信号称为差模信号。
差模输入：输入差模信号的输入方式称为差模输入。
在图中，I 2I 1I 21v v v =-=， 放大器双端输出电压o v ??I v I v I v C2C1)21(21v A v A v A v v =--=-差分放大电路的电压放大倍数为可见它的放大倍数与单级放大电路相同。
（3）共模抑制比共模抑制比CMR K ：差模放大倍数d v A 与共模放大倍数c v A 的比值称为共模抑制比。
缺点：第一，要做到电路完全对称是十分困难的。
第二，若需要单端输出，输出端的零点漂移仍能存在，因而该电路抑制零漂的优点就荡然无存了。
改进电路如图（b）所示。
在两管发射极接入稳流电阻R。
使其即有高的e差模放大倍数，又保持了对共模信号或零漂强抑制能力的优点。
在实际电路中，一般都采用正负两个电源供电，如图所示（c）所示。
差分放大电路一. 实验目的:1．掌握差分放大电路的基本概念；2．了解零漂差生的原理与抑制零漂的方法；3．掌握差分放大电路的基本测试方法。
二. 实验原理:1.由运放构成的高阻抗差分放大电路图为高输入阻抗差分放大器,应用十分广泛.从仪器测量放大器,到特种测量放大器,几乎都能见到其踪迹。
差分放大电路和集成运算放大器
差分放大电路的应用
差分放大电路广泛应用于各种模拟电路中，如 音频信号处理、通信系统、测量仪器等。
在高速数字电路中，差分信号传输可以有效地 抑制电磁干扰（EMI），因此差分放大电路也 常用于高速数据采集和传输系统。
工业自动化领域
工业自动化领域对于高精度、高速的信号处理需求越来越大，差分放大 电路和集成运算放大器将在该领域发挥更大的作用，如运动控制系统、 过程控制系统等。
面临的挑战与机遇
技术创新
随着电子技术的不断发展，差分 放大电路和集成运算放大器需要 不断创新，以满足更高的性能要
求。
应用领域的多样化
随着应用领域的不断拓展，差分放 大电路和集成运算放大器的应用场 景将更加多样化，需要不断适应新 的应用需求。
应用比较
差分放大电路
差分放大电路适用于需要抑制共模信号和噪声的应用场合，如信号放大、差分信号传输、模拟电路中的减法器和 微分器等。
集成运算放大器
集成运算放大器适用于各种模拟信号处理和控制电路，如放大器、滤波器、比较器和振荡器等。
优缺点比较
差分放大电路
差分放大电路的优点在于其高共模抑制比和低噪声性能，能够有效地抑制共模信号和噪声，提高电路 的抗干扰能力。此外，差分放大电路还具有高输入阻抗和低输出阻抗的优点。然而，差分放大电路的 成本较高，体积也较大。
另外，由于差分放大电路具有低噪声和高共模 抑制比的特点，因此在高精度测量和自动控制 系统中也得到了广泛应用。
CHAPTER 02
集成运算放大器
集成运算放大器的基本概念
集成运算放大器（简称运放） 是一种高放大倍数的集成电路， 能够实现对微弱信号的放大和 处理。
差分放大电路介绍
输出电阻：分析差分放大电路的输出电阻，包括差分输出电阻和共模输出电阻。
3
增益：分析差分放大电路的增益，包括差分增益和共模增益。
4
差分放大电路的动态分析
01
差分放大电路的输入输出关系
03
差分放大电路的稳定性分析
02
差分放大电路的频率响应
04
差分放大电路的噪声分析
3
差分放大电路的设计与优化
差分放大电路的设计原则
电源保护：通过差分放大电路实现电源的过压、欠压、过流等保护功能
电源转换：通过差分放大电路实现电源的转换，如DC-DC、AC-DC等
电流检测：通过差分放大电路检测电流，实现电源的稳定输出
差分放大电路在其他领域的应用
01
医疗设备：用于心电图、脑电图等生物信号的放大和处理
03
工业控制：用于传感器信号的放大和处理，实现精确控制
差分放大电路的优化方法
提高共模抑制比：通过调整电路参数，提高差分放大电路对共模信号的抑制能力。
01
02
03
04
降低噪声：通过优化电路布局和元器件选择，降低电路噪声，提高信号信噪比。
提高带宽：通过调整电路参数，提高差分放大电路的带宽，以满足高速信号处理的需求。
降低功耗：通过优化电路设计，降低差分放大电路的功耗，提高电路的能效比。
02
放大级：差分放大电路的核心部分，负责将输入信号进行放大
03
反馈网络：差分放大电路的反馈部分，用于稳定电路的增益和频率响应
04
输出级：差分放大电路的输出端，通常输出放大后的信号
差分放大电路的静态分析
静态工作点：确定差分放大电路的静态工作点，包括输入电压、输出电压、电流等参数。
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。
轻松掌握差分放大电路
轻松掌握差分放大电路要想掌握差分放大电路，首先就要知道什么是差分放大电路以及它的作用。
差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的的电路形式，差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的，对称的意思就是说两个三极管的特性都是一致的，电路参数一致，同时具有两个输入信号。
它的作用是能够有效稳定静态工作点，同时具有抑制共模信号，放大差模信号等显著特点，广泛应用于直接耦合电路和测量电路输入端。
差模放大电路特点:1、电路两边对称2、两个管子公用发射机电阻Re3、具有两个信号输入端4、信号既可以双端输出，也可以单端输出共模信号：大小幅度相等极性相同的输入信号差模信号：大小幅度相等极性相反的输入信号差分放大电路具有抑制零漂移稳定静态工作点，和抑制共模信号等作用，接下来一一分析。
首先我们的电路的工作环境温度并不是一成不变的，也就是说是时刻变化着的，还有直流电源的波动，元器件老化，特性发生变化都会引起零漂和静态工作点变化。
通常在阻容耦合放大电路中，前一级的输出的变化的漂移电压都落在耦合电容上，不会传入下一级放大电路。
但在直接耦合放大电路中，这种漂移电压和有用的信号一起送到下一级被放大，导致电路不能正常工作，所以要采取措施，抑制温度漂移，虽然耦合电容可以隔离上一级温漂电压，但是很多时候我们要接受处理的是很多微弱的、变化缓慢的弱信号，这类信号不足以驱动负载，必须经过放大。
又不能通过耦合电容传递，所以必须通过直接耦合放大电路，那么直接耦合典型电路：就是差分放大电路。
通常克服温漂的方法是引入直流负反馈，或者温度补偿。
接下来谈谈直接耦合电路中，差分放大电路如何抑制零漂电压稳定工作点，和抑制共模信号，并放大差分信号的。
1、抑制零漂的原理下面以电路双端输出为例首先T1和T2特性相同，电路两边对称，在输入电压Vi1=Vi2=0V 当温度T一定时，流过T1的电极电流与流过T2集电极的电流一致即ic1=ic2，那么T1和T2上两个集电极电阻的压降是相等的所以Uo1=Uo2那么输出电压Uo就等于零即Uo1-Uo2=Uo=0所以这个电路可以抑制零漂的。
差分放大电路详解
VCC
ICQ (Rc
∥ RL )
UCQ2 VCC ICQ Rc
1、 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析
Ad
1 2
(Rc ∥ RL ) Rb rbe
Ri 2(Rb rbe )，Ro Rc
1、 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析
Ad
1 2
(Rc ∥ RL ) Rb rbe
Ac
Rb
2、单端输入双端输出
在输入信号作用下发射极 的电位变化吗？说明什么？
共模输入电压 差模输入电压
输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
uId uI，uIc uI / 2
2、单端输入双端输出
问题讨论：
1、UOQ产生的的原因？ 2、如何减小共模输出 电压？
静态时的值
uO
Ad
uI
Ac
uI 2
改进后的差分放大电路，在差模信号作用下，流经Re 的电流变化为0，Re对差模信号没有反馈作用，相当 于短路，可以提高对差模信号的放大能力
对电路进一步简化，并实现信号源和电源的共 地得到经典的长尾式放大电路
电路参数理想对称
在理想对称的情况下： 1、克服零点漂移； 2、零输入零输出。
三、长尾式差分放大电路的分析
2(Rb rbe )
Ac
Rb
(Rc ∥ RL ) rbe 2(1 )Re
KCMR Ro 2Rc
K CMR
Rb
rbe 2(1 )Re
2(Rb rbe )
Ro Rc
五、具有恒流源的差分放大电路
为什么要采用电流源？
Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac 越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。
BQ
差分放大电路
03 差分放大电路的分类
电压反馈型差分放大电路
电压反馈型差分放大电路通过电 压负反馈来减小输出电压的幅度，
从而减小了电路的增益。
电压反馈型差分放大电路通常具 有较低的输入阻抗和较高的输出 阻抗，适用于电流驱动能力较弱
的电路。
电压反馈型差分放大电路的优点 是稳定性好，噪声低，适用于信
号源内阻较高的应用场景。
电流反馈型差分放大电路
1
电流反馈型差分放大电路通过电流负反馈来减小 输出电流的幅度，从而减小了电路的增益。
2
电流反馈型差分放大电路通常具有较高的输入阻 抗和较低的输出阻抗，适用于电流驱动能力较强 的电路。
3
电流反馈型差分放大电路的优点是带宽较宽，响 应速度较快，适用于信号源内阻较低的应用场景。
缓冲和驱动
差分放大电路可以作为缓冲器和 驱动器，用于驱动后级电路或传 输线路，提高信号的驱动能力和 传输稳定性。
比较器
差分放大电路可以作为比较器， 用于比较两个电压或电流的大小 关系，常用于触发器、寄存器等 数字逻辑电路中。
在传感器信号处理中的应用
温度传感器信号处理
差分放大电路可以用于放大温度传感器的输 出信号，将微弱的温度变化转换为电信号， 便于后续处理和测量。
差分放大电路的特点
高增益
抑制共模干扰
差分放大电路具有很高的增益，通常在 100dB以上，因此能够将微弱的差分信号 放大到足够大的幅度。
由于差分放大电路只对两个输入信号的差 值进行放大，因此它能够有效地抑制共模 干扰，提高信号的信噪比。
宽频带
第5章差分放大电路
第5章 差分放大电路内容提要：本章介绍差分放大电路，包括差分放大电路的组成、差分放大电路的输入和输出方式、差分放大电路的静态计算和动态计算。
概述差分放大电路（简称差放）就其功能来讲，是放大两个输入信号之差。
由于它具有优良的抑制零点漂移的特性，因此成为集成运放的要紧组成单元。
在电子仪器和医用仪器中经常使用差分放大电路做信号转换电路，将双端输入信号转换为单端输出或将单端输入信号转换为双端输出。
5.1.1 差分放大电路的组成差分放大电路是一种对称结构的放大电路，差分放大电路是由两个特性相同的三极管VT 1、VT 2组成的对称电路，两部份之间通过射极公共电阻R e 耦合在一路。
在差分放大电路的电路图（图5-1-1）中。
R s1、R s2为VT 1、VT 2确信适合的静态工作点。
采纳双电源供电形式，可扩大线性放大范围。
差分放大电路的电路如图5-1-1所示。
+-i1u i2u图5-1-1 差分放大电路差分放大电路是对称电路。
对称电路的含义是两个三极管VT 1、VT 2的特性一致，电路参数对应相等。
即βββ==21BE BE2BE1U U U == be be2be1r r r ==c c21c R R R ==s s21s R R R == 5.1.2 差分放大电路的输入和输出方式差分放大电路一样有两个输入端：反相输入端和同相输入端，如图5-1-1所示。
在输入端A 输入极性为正的信号u i1，输出信号u o 的极性与其相反，称该输入端A 为反相输入端。
在输入端B 输入极性为正的信号i2u ，而输出信号u o 的极性与其相同，称该输入端B 为同相输入端。
极性的判定以图中确信的正方向为准。
信号从三极管的两个基极加入称为双端输入；信号从三极管的一个基极对地加入称为单端输入。
差分放大电路一样有两个输出端：集电极C 1和集电极C 2。
从集电极C 1和集电极C 2之间输出信号称为双端输出，从一个集电极对地输出信号称为单端输出。
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实验三差分放大电路
一、实验目的
1、加深对差动放大器性能及特点的理解
2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法
二、实验原理
图3－1是差动放大器的基本结构。
它由两个元件参数相同的基本共射放
大电路组成。
当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。
调零电位器R
P
用来调节T
1、T
2
管的静态工作点，使得输入信号U
i
＝0时，双端输出电压U
O
＝0。
R
E
为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
图3－1 差动放大器实验电路
当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。
它用晶体管恒流源代替发射极电阻R E ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
1、静态工作点的估算
典型电路
E
BE
EE E R U U I -≈
（认为U B1＝U B2≈0）
E C2C1I 2
1
I I ==
恒流源电路
E3
BE
EE CC 2
1
2
E3C3R U )U (U R R R I I -++≈≈ C3C1C1I 2
1
I I ==
2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数
当差动放大器的射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A d 由输出端方式决定，而与输入方式无关。
双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时，
P
be B C
i
O d β)R (12
r R βR △U △U A +++-
==
单端输出
d i C1d1A 21
△U △U A ==
d i C2d2A 2
1
△U △U A -==
当输入共模信号时，若为单端输出，则有
若为双端输出，在理想情况下
0△U △U A i
O
C ==
实际上由于元件不可能完全对称，因此A C 也不会绝对等于零。
3、共模抑制比CMRR
为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比 c
d A A CMRR =
或()dB A A
20Log CMRR c d =
差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。
本实验由函数信号发生器提供频率f ＝1KHZ 的正弦信号作为输入信号。
三、实验设备与器件
1、±12V 直流电源
2、函数信号发生器
3、双踪示波器
4、交流毫伏表
5、直流电压表
6、晶体三极管3DG6×3，要求T 1、T 2管特性参数一致。
（或9011×3）。
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1.典型差动放大器性能测试
按图3-1连接实验电路，开关K 拨向左边构成典型差动放大器。
1) 测量静态工作点
E
C
E
P be B C i C1C2C12R R )2R R 2
1β)((1r R βR △U △U A A -≈++++-===
①调节放大器零点
信号源不接入。
将放大器输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用
直流电压表测量输出电压U
O ，调节调零电位器R
P
，使U
O
＝0。
调节要仔细，力
求准确。
②测量静态工作点
零点调好以后，用直流电压表测量T
1、T
2
管各电极电位及射极电阻R
E
两端
电压U
RE
，记入表3－1。
表3-1
2)测量差模电压放大倍数
断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入A端，地端接放大器输入B端构成单端输入方式，调节输入信号为频率f＝1KHz的正弦信号，
并使输出旋钮旋至零，用示波器监视输出端（集电极C
1或C
2
与地之间）。
接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压U
i
（约100mV），在输出波形无失
真的情况下，用交流毫伏表测 U
i ，U
C1
，U
C2
，记入表6－2中，并观察u
i
，u
C1
，
u C2之间的相位关系及U
RE
随U
i
改变而变化的情况。
3)测量共模电压放大倍数
将放大器A、B短接，信号源接A端与地之间，构成共模输入方式，调
节输入信号f=1kHz，U
i =1V，在输出电压无失真的情况下，测量U
C1
， U
C2
之值
记入表3－2，并观察u
i ， u
C1
， u
C2
之间的相位关系及U
RE
随U
i
改变而变化的情
况。
表3-2
4）具有恒流源的差动放大电路性能测试
将图3－1电路中开关K拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。
重复内容1－2)、1－3)的要求，记入表3－2。
五、实验总结
1、整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。
1) 静态工作点和差模电压放大倍数。
2) 典型差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与理论值比较
3) 典型差动放大电路单端输出时CMRR的实测值与具有恒流源的差动放大器CMRR实测值比较。
2、比较u
i ，u
C1
和u
C2
之间的相位关系。
3、根据实验结果，总结电阻R
E
和恒流源的作用。
六、预习要求
1、根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静
态工作点及差模电压放大倍数（取β
1＝β
2
＝100）。
2、测量静态工作点时，放大器输入端A、B与地应如何连接？
3、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？画出A、B 端与信号源之间的连接图。
4、怎样进行静态调零点？用什么仪表测U
O
？
5、怎样用交流毫伏表测双端输出电压U
O
？。