差分放大电路(1)
典型差分放大电路
典型差分放大电路 1、典型差分放大电路的静态分析（1）电路组成（2）静态工作点的计算静态时：v s1=v s2=0， 电路完全对称，所以有I B Rs1+U BE +2I E Re=V EE 又∵ I E =（1+β）I B ∴ I B1=I B2=I B =通常Rs<<(1+β)Re ，U BE =0.7V （硅管）: I B1=I B2=I B = 因： I C1=I C2=I C =βI B 故： U CE1=U CE2=V CC －I C Rc静态工作电流取决于V EE 和Re 。
同时，在输入信号为零时，输出信号电压也为零（u o= Vc1－VC2=0），即该差放电路有零输入——零输出。
2、差分放大电路的动态分析()es BEEE R 12R U V β++-（1）差模信号输入时的动态分析如果两个输入端的信号大小相等、极性相反，即v s1=- v s2= 或 v s1- v s2= u id u id 称为差模输入信号。
在输入为差模方式时，若一个三极管的集电极电流增大时，则另一个三极管的集电极电流一定减小。
在电路理想对称的条件下，有：i c1=-i c2。
Re 上的电流为：i E =i E1+i E2=（I E1+ i e1）+（I E2+ i e2 ）电路对称时，有I E1= I E2= I E 、i e1=- i e2，使流过Re 上的电流i E =2I E 不变，则发射极的电位也保持不变。
差模信号的交流通路如图:差模信号下不同工作方式的讨论:① 双端输入—双端输出放大倍数：当输入信号从两个三极管的基极间加入、输出电压从两个三极管的集电极之间输出时，称之为双端输入—双端输出,其差模电压bes cs1o1s2s1o2o1id o ud r R R 22u u A +-==--==βv v v v v v增益与单管放大电路的电压增益相同，无负载的情况下:当两集电极c1、c2间接入负载电阻RL 时，双端输入—双端输出时的差模电压放大倍数为： 输入电阻： 输出电阻：Rod ≈2Rc ② 双端输入—单端输出 放大倍数：输入电阻：Rid=2rbe单端输出时的等效电阻为： Rod ≈Rc （2）共模输入时的动态分析如果两个输入端信号大小相等、相位相同，即： v s1=v s2=u ic 则称为共模输入信号，用u ic 表示 。
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
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。
差分放大电路公式(一)
差分放大电路公式(一)差分放大电路公式1. 差动增益公式•差动放大器的增益定义为差模输入电压与差模输出电压的比值：Ad = (Vout+ - Vout-) / (Vin+ - Vin-)•其中，Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压，Vout+和Vout-分别表示正输出与负输出的电压。
2. 共模增益公式•共模放大器的增益定义为共模输入电压与共模输出电压的比值：Ac = (Vout+ + Vout-) / (Vin+ + Vin-)•其中，Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压，Vout+和Vout-分别表示正输出与负输出的电压。
3. 差模增益与共模增益比值公式•增益差值定义为差动增益与共模增益的比值：CMRR = Ad / Ac•其中，CMRR表示共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio）。
4. 差模输入电阻公式•差模输入电阻定义为差模输入电压与差模输入电流的比值：Rin = (Vin+ - Vin-) / Iin•其中，Vin+和Vin-分别表示正输入与负输入的电压，Iin表示差模输入电流。
5. 差模输出电阻公式•差模输出电阻定义为差模输出电压变化与差模输出电流变化的比值：Rout = dVout / dIout•其中，dVout表示差模输出电压变化，dIout表示差模输出电流变化。
举例说明假设我们有一个差分放大电路，如下图所示：R1 R2Vin+ -----/\/\/\/\------|---- RL| |Vin- -----/\/\/\/\------ VoutR3 R4其中，R1、R2、R3、R4为电阻，Vin+和Vin-为正输入与负输入的电压，Vout为输出电压。
我们可以根据上述公式计算出该差分放大电路的性能指标：1.差动增益（Ad）：根据差分放大电路公式，我们可以测量Vin+和Vin-的变化，并记录Vout+和Vout-的变化，然后计算出Ad的值。
差分放大电路
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e R 。
使其即有高的差模放大倍数，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。
从图中可以看到A1、A2两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器A3串联组成三运放差分防大电路。
3.3差分放大电路(一)
差分放大电路
差分放大电路概述 3.3.1 差分放大电路的工作原理 3.3.2 电流源和具有电流源的差分输出方式
差分放大电路概述
ui1 ui2 差分
放大
电路
uo
有两个输入端，对理想差放： uo ui1 – ui2，而与两个输 入信号的实际大小无关。
两个输入端之间的电压，称差模输入电压，用 uid 表示。 uid = ui1 – ui2 加大小相同 、极性相反的输入信号，称差模输入。 ui1 = – ui2 =uid /2 加大小相等 、极性相同的输入信号，称共模输入。 共模输入电压用uid 表示。 ui1 = ui2= uic 差放优点：放大差模信号，而有效抑制共模信号和零漂。
20 k RE
(2) rbe 200 (1 )
A ud
RL 10 // 10 80 52.7 rbe 7.59
26mV 81 26 200 7.59 k I EQ mA 0.285
请注意：RL’=RL/2//RC ≠ RL//RC Ro = 2RC = 20 k
差分放大电路概述
uI1 uI2 差分 放大 电路 uO 有两个输入端，对理想差放： uO uI1 – uI2，而与两个输 入信号的实际大小无关。
放大电路在输入信号为零时，输出信号 偏离原来的初始值而产生缓慢变化的现象称 为零点漂移，简称零漂，也常称温漂。 差放优点：放大差模信号，而有效抑制共模信号和零漂。
比例型电流源
多路电流源
T↑→IO ↑ T↑→UB (=VCC-RB1IV1)↓ → I B ↓ → IO ↓
R1 VCC U BE1 I 0 2 I REF I REF R R1 R2 UBE1 UBE2 R
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
差分放大电路一
3.3 差分放大电路3.3 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1. 什么是零点漂移现象：Δu I＝0，Δu O≠0的现象。
产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。
其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。
克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。
典型电路：差分放大电路零点漂移参数理想对称：R b1= R b2，R c1= R c2，R e1= R e2;T1、T2在任何温度下特性均相同。
典型电路在理想对称的情况下：1. 克服零点漂移；2. 零输入零输出。
R b是必要的吗？CEQ EQ BQ 1U I I ≈β+=，)()C2CQ2C1=∆+-∆u u u 0c IcOc=∆∆A u u ，参数理想对称时共模信号：数值相等、极性相同的的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 T(℃)↑→I↑I C2↑→U E↑→I B1C1抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
差模信号：数值相等，极性相反2/Id对差模信号无反馈作用。
中电流不变，即Re为什么？R∆∆L c CQ CC L c L CQ1 )(R R I V R R R U -⋅+=∥ 由于输入回路没有变化，所以I EQ 、I BQ 、I CQ与双端输出时一样。
但是U CEQ1≠ U CEQ2。
be b L c d )( 21r R R R A +⋅-=∥βco be b )(2R R r R =+=，be b L c d )( 21r R R R A +⋅-=∥βe be b L c c )1(2)( R r R R R A ββ+++-=∥)(2)1(2be b e be b CMR r R R r R K ++++=β（1）T 2的R c 可以短路吗？（2）什么情况下A d 为“＋（3）双端输出时的A d 是单端输出时的）T 2的R c 可以短路，因为输入回路对称，所以还是对称的，仅仅U CEQ1≠ U CEQ2）输出端取T2管集电极电压时下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：2/I Ic I Id u u u u ==，I d O u A u +⋅=差模输出共模输出五、具有恒流源的差分放大电路为什么要采用电流源？R e 越大，共模负反馈越强，单端输出时的A c 越小，K CMR越大，差分放大电路的性能越好。
差分放大电路
（2）动态分析
• 输入信号的分析：
• 1.共模输入信号：Ui1=Ui2大小相等，极 性 相同（无用，差动电路不能放大，是放 大 电路要抑制的）
• 2.差模输入信号：Ui1与Ui2大小相等， 极性相反（差动电路可放大）
• 3.比较输入信号：两电压无明显联系，可 分解成共模信号Uid=Ui1-Ui2;差模信号： Uic=(Ui1+Ui2)/2;
(2)双端输入，单端输出
• 不能抑制零点漂移（只有采用双端输入， 双端输出完全对称才能抑制温漂）；输入 信号没变，输出电压变为一半
• Aud=-1/2((βRc/ /Rl)/rbe) • Ri=2(Ro+rbe) • Ro=Rc • 用于集成信号的中间级，将双端输入转换
成单端输出
(3)单端输入，双端输出
• 模电路
（1），静态分析
• 若左右完全对称： • IE=UE-(-UEE)/RE
• U0=UC1-UC2=0;
• 抑制零点漂移的原理：当温度变化时，就 会引起两管集电极电流合集电极电位发生 相同的变化，即ΔΙc1=ΔΙc2, ΔUc1=ΔUc2， 即输出电压为零；可见，若差动放大电路 左右两边完全理想对称，从两管集电极之 间输出信号时，零点漂移就可以完全被抑 制。
差动放大电路指标
• 1 差模电压增益（差模电压放大倍数）：放 大电路的输出电压U0与差模输入电压Ui的 比值
• Aud=U0/Ui(Ui=Ui1-Ui2)
(1)双端输入，双端输出
• Aud=Uod/Uid=(Uc1Uc2)/(Ui1Ui2)=2Uo1/2Ui1=βR`/rbe
• (R`=Rc∕∕(Rl/2)) • Rid=Uid/Iid=2(Rb+rbe) • Ro=2Rc
差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的
差分放大电路差分放大电路的工作原理差分放大电路的3.3差分放大电路 3.3.1差分放大电路的工作原理一、差分放大电路的组成及静态分析1、电路组成:差分放大器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”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。
2、电路特性:(1)差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用;(2)差动放大电路对差模信号有放大作用;(3)共模负反馈电阻Re的作用:?稳定静态工作点。
?对差模信号无影响。
?对共模信号有负反馈作用:Re越大对共模信号的抑制作用越强;也可能使电路的放大能力变差。
图1(a)电路 (b)直流通路3、静态分析V,U+IR EEBEQ1EEVU,EEBEQ1I ,EREVU,EEBEQII ,,CQCQ122REU,V,IR; U,V,IRCQ1CCCQ1C CQ2CCCQ2Cu,U -U,0oCQ1CQ2二、差分放大电路的动态分析1、差模输入与差模特性u ,–u i1i2u,u –u,2uidi1i2 i1u称为差模输入电压。
idi,–ic2c1i,I+i i,I+i,I-iC1CQ1c1 C2CQ2c2CQ1c1u,V –i R,U+ uC1CCC1CCQ1o1u,V –i R,U+ uC2CCC2CCQ2o2u,u –u,2uodC1C2o1图2差分放大电路差模信号输入(a)差模信号输入 (b)差模信号交流通路uod A,,Audud1uidR,,CA ,udrbe当图(a)所示电路中，两集电极之间接有负载电阻R时， L/ R,R//(R/2)LCL /R26mV26mV,,/Lrr(1)200(1),，，,,,，，,A ,bebbudI(mA)I(mA)rEQEQbeR= 2r ; R? 2R idbeOC例1、电路如图1所示，已知V,V,12V，R=20KΩ，R=10KΩ，R=20K CCEEECLΩ，V、V的β=β=80，U=U=0.7V，r’=200Ω。
差分放大电路
1
2
-VEE
6.2.2 ----2 .差模和共模输入
差模输入:是指在两个输入端加 共模输入:是指在两个输入端加上 上幅度相等，极性相反的信号。 幅度相等，极性相同的信号。 vi1 = – vi2 = vid /2
vi1 vi2 vic
1
2
-VEE
比较输入:是指在两个输入端加上 幅度(或极性)不相同的信号。
(1)直接耦合的共射电路(Rb ,Rs)
vo = Avd(vi1 vi2)
+
Rb
vi1 + v-i1 -
TT1 1 iEi1E1
TT2 2 iiEE22
iEiE RRe e
--VVEEEE
+
vi2Rb
+ - vi2
vo = vo1 vo2 = Av1vi1 Av2vi2
AV1 = AV2 （对管）
vo1 RL
vid
- vid
2
虚短 2
(3) 单端输入双端输出差模电压放大倍数
从图中看出，
vid
= vic
=
vi1 2
Av d
vo vid
-
(Rc
//
RL 2
)
vi1 2 vi1
rbe
2
RL 2
vi1 2
虚短 - vi1
2
(4) 单端输入单端输出差模电压放大倍数
从图中看出，
vid
= vic
=
vi1 2
= vo vid
= vo vi1 - vi2
输出电阻 Ro
(1) 双端输入双端输出差模电压放大倍数
纯差模输入时，流过电流源（或
Re）的动态电流大小相等方向相 反，其和为0，所以其上的动态 压降也为0。这时的电流源（或 Re）相当于虚短或虚断。
差分放大电路
号大小相等，相位相反。
6.2.1 差分式放大电路指标
1. 差模电压增益
Av d = vo v id
差模电压增益
3. 主要指标计算
（1）差模情况
<A> 双入、双出
Avd = vo v id v o1 v o2 v i1 v i2
2 v o1 2 v i1
Rc
rbe
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力 接入负载时
共模增益 A v c
v oc v ic
0
3. 主要指标计算
（2）共模情况
<B> 单端输出
A v c1 v oc1 v ic
v oc2 v ic
Rc 2 ro
Rc rbe ( 1 ) 2 ro
ro
A v c1
抑制零漂能力增强
（3）共模抑制比
K CMR Avd Avc
v O1
仅输入共模信号，v i1 和 v i2 大小相等，相位相同。 和 v O2 大小相等， 相位相同。 v o v O1 v O2 0 ，
差模放大电路的零点漂移 可看成一对共模信号。电源的 波动以及电源引起的50Hz的工 频干扰都可以看作是共模信号。 共模信号是没有用的信号， 是放大器要抑制的。
2. 电路组成及工作原理 动态
v O1
仅输入差模信号，v i1 和 v i2 大小相等，相位相反。 和 v O2 大小相等， 相位相反。 v o v O1 v O2 0 ，
信号被放大。
差模信号是有用 的信号，是放大器要 放大的。
2. 电路组成及工作原理 动态
输入为比较信号，v i1 和 v i2 大小不等。 差模信号
《差分放大电路》PPT课件
共模抑制比 差模放大倍数
K CMR
Ad AC
KCMR (dB) 20lg
Ad ( 分贝 AC
)
共模放大倍数
2021/4/23
KCMR越大，说明差放分辨 差模信号的能力越强，而抑制 共模信号的能力越强。
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这个定义表明， 共模抑制比愈大， 差动放大器放大差模 信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信 号）的能力也越强。
直流通路
ui1
RC
IC1uIoC2 RC
RB
T1
T2
IB
IE
RE
+UCC
RB
IB
ui2
–UEE
I BQ
RB
U EE U BE
2(1 )(RE Rp
2
)
UE1= UE2 =2IE×(RE+RP/2)－UEE
ICQ= IBQ
UC1= UC2= UCC－IC×RC
2021/4/23
UCE1= UCE2 = UC1－UE1
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零点漂移的危害： 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。
严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信 号电压还是漂移电压。
抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一 个重要的问题。
差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。
2021/4/23
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3.信号输入
(1)共模( common mode) 输入
幅度相等、极性相同的一对输入信号。通常为温漂和干扰信号。
共模输入时，由于电路完全对称，当温度变化时，两管的零漂
差分放大电路设计
差分放⼤电路设计学习各种电流源电路及差分放⼤电路的分析⽅法。
⼀．电流源（1）镜像电流源（2）改善的镜像电流源（2）⽐例式电流源（2）微电流源⼆．差分放⼤电路差分放⼤电路就其功能来说，是放⼤两个输⼊端的信号之差。
差分放⼤电路根据连接⽅式的不同，可以分为双端输⼊双端输出、单端输⼊双端输出、双端输⼊单端输出、单端输⼊单端输出。
1. 差分放⼤电路中⼏个基本概念对任意的输⼊信号和重新写成如下形式：（1）共模信号：（2）差模信号：，综上分析：（3）差模电压增益和共模电压增益差模电压增益定义为差模输出电压与输⼊电压之⽐。
双端输出：单端输出：共模电压增益定义为共模输出电压与输⼊电压之⽐。
双端输出：单端输出：（4）共模抑制⽐差分放⼤电路的共模抑制⽐定义为差模电压增益与共模电压增益之⽐的绝对值，1. 差分放⼤电路分析与计算1. 静态分析画出直流通路，先求出IEE，再求IE=0.5IEE，Ib，Vce也可以求出来。
注意和共射级放⼤电路的分析⽅法不同，共射级放⼤电路的静态分析先求IB。
2. 动态分析差模分析：半路分析法：Ree等效接地，负载RL的中点交流接地。
增益：双端输出： ,单个共射级的电压，单端输出：，共射级输出电压的⼀半。
输⼊电阻：输⼊电阻等于单端输⼊电阻输出电阻：单端输出Rc，双端输出2Rc。
共模分析：共模电压增益双端输出：，⽤双倍元器件的代价换取了抑制零点飘移的作⽤。
单端输出：共模输⼊电阻：共模输出电阻：双端输出：单端输出：共模抑制⽐：双端输出为⽆穷⼤单端输出：分析计算即可。
单端输出时，共模交流等效时，负载RL相当于开路。
三．差分放⼤电路的设计1.实验所⽤差动放⼤器1.单电源差动放⼤电路2. 集成运放的主要参数直流参数交流参数输⼊失调电压输⼊失调电流输⼊偏置电流温度偏移开环差模电压增益差模输⼊电阻和输出电阻共模抑制⽐最⼤差模输⼊电压、最⼤共模输⼊电压开环带宽。
差分放大电路设计(一)
差分放大电路设计(一)
差分放大电路以其优良的特性，在（模拟）电路应用十分广泛，这是其原理图
我们可以按上节介绍的方法，少许改动搭积木一样把图中Rc和Re，用简单的镜像流代替，就变成了一个真正的差分放大电路，如图
电路的参数可以按照以前小节的计算方法，R2,R3是两个平衡电阻。
保证静态偏置电路一致，电路不会失调。
差分电路一般用在前置放大，所以设置的静态偏置（电流）会很小，一般采用微电流镜像流电路，本例只是演示，用最简单的镜像流。
唯一注意的是R1负载电阻，元器件的参数越一致，对称性越好，流过R1的电流就越小，R1值的变动，对差分电路影响越小。
现在我们来测试放大倍数，如图
（信号）1Kz，幅值1mv，双端输入，单端输出，大概500倍左右。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直流通路
即静态时,差分放大电路具有零输入零输出的特点，抑制 零点漂移。
②当温度变化时：
UO = (UO1 + U vO1)
两管输出电压的变化相等，即 UO1= UO2 ，输出电压:
=0
– (UO2 + UO2)
可见，两管的漂移在输出端 相互抵消，从而有效地抑制 了零点漂移。
id id
2 2
uic (ui1 ui2 ) 2 uid ui1 ui2
上式表明，共模输入电压uic为两输入电压的平均值，差模输入电压uid 为两输入信 号的差值。此时差分放大电路的输出电压为差模输入uid单独作用时的差模输出电压 uod与共模输入电压人单独作用时的共模输出电压uoc叠加的结果，即:
差模放大动态分析：
要分析差模的交流通路， 我们必须懂得晶体管的 微变等效模型，如右图 所示：
可等效为
差模放大动态分析：
在差模信号单独作用的情况下，两管发射极电流ie1和ie2一个增大，一个减小， 而且变化的幅度相同，因此流过电阻Re的电流大小不变。又因电阻Re下端接直 流电源-VEE，故两管发射极电压为固定的直流量，即对于差模信号，两管发射 极交流电压值为零。另外，两管集电极电压uC1=－uC2，，即差模信号输入时， RL两端电压向相反方向变化，故RL中点电压相当于交流接地。由此 可以画出差模交流通路如图所示，由下图可求得:
解：(1) ( 2)
AVD AV 1 AV 2 20
K CMR AVD 20 1 000 AVC 0.02
谢 谢 观 赏！
解：
uic (ui1 ui2 ) 2 100mV uid ui1 ui2 0.4mV
课堂练习
已知单管放大器的放大倍数Au1 = Au2 = 20。 试求 (1) 差分放大器的差模放大倍数 AuD ？ (2) 若已知差分放大器共模放大倍数 AuC = 0.02， 求共模抑制比 KCMR = ?
u i1
u i1 u i2 u i1 u i2 2 2
ui2
ui1 ui2 ui1 ui2 2 2
从上式可看到，任意一对信号均可以分解为一对数值相等、极性相同的共模信号和一 对数值相等、极性相反的差模信号之和，即：
u u
i1 i2
u u
ic ic
u u
直接耦合电路需要解决的问题
直接耦合电路前后级之间存在直流通路，当某一级静态工作点发 生变化时，会对前后级产生影响。因此需要合理的安排各级的直 流电平，使它们之间能够正确的配合。
2.存在零点漂移的现象
在在阻容耦合放大电路中，缓慢变化的零漂电压被隔直元件阻隔， 不会被逐级放大，因此影响不大，但在直接耦合放大电路，各级 的零漂电压被后级电路逐级放大，以致影响到整个电路的工作。 显然，减少或消除第一级的零漂电压影响最为重要。
3.差模信号、共模信号及其放大倍数
（1）差模放大倍数Aud
uI1 uI2 uId / 2
iB1 iB2 iC1 iC2 uC1 uC2 uO 2uC1
差模输入方式：两管输入信号为差模信号。
差模输入方式
差模信号：大小相等而极性相反的两个信号。
Aud =uod/uId
4、共模抑制KCMR
共模抑制比KCMR ：衡量差分放大器放大差模 信号及抑制共模 信号的能力。
K CMR
A VD A VC
共模抑制比 KCMR 越大，差分放大器的性能 越好。
总之，差分放大器对输入有“差别”的非 共模信号时，才进行放大
5、任意信号的分解
一般情况下，实际加到差分放大电路两端的信号既不是一对差模信号，也不是一对 共模信号，而是两个任意信号。ui1和ui2。此时，若将ui1和ui2改写成以下形式:
1.零点漂移：在输入端短路时，即输入信号为零，输 出电压偏离起始值，简称零漂。
2. 产生零漂的原因：电源电压波动、管子参数随环 境 温度变化。其中，温度变化是主要因素。
3.零漂的危害：严重时漂移电压和真正被放大的电 压无法分辨
抑制零漂一般采用以下措施：
（1）选用高稳定性的元器件。 （2）电路元件安装前经过认真的筛选及老化处理，以确保质 量和参数的稳定性。 （3）采用稳定性高的稳压电源为放大器供电，减少电源电 压
（2)共模放大倍AuC
共模输入方式： 两管输入信号为共模信号。 共模信号：大小相等，极性相 同的信号。
因在输入共模信号时，流过Re 中的电流为2ie,发射极电阻等效 为2Re。电路完全对称，在输入 共模信号时， 总有：
共模交流通路
RL中没有电流流过，可视为开路， 则有：
uC1 uC2
Auc = uoc/uIc= 0
uO uOd uOC Aud uid Auc uic
差分放大电路的差模性能是指在差模输入信号作用下的性能，差分放大器的共模性能 是指在共模输入信号作用下的性能，差分放大器的性能应是差模性能和某械性能的合 成。
课堂练习
已 知 差 分 放 大 电 路 ui1 =100.2 mV ,ui2 = 99.8mV。试求共模和差模的输入电压。
差分放大电路
差分放大电路
差分放大电路，简称差放，是组成集成运算放大器的一种主 要电路，它具有优越的抑制零点漂移的性能。
在多级放大电路中，阻容耦合的方式无法传递变化缓慢的信
号和直流信号，所以必须采用直接耦合的放大电路。 差分放大电路就是为了解决直接耦合电路存在的问题。
多级放大电路
1.各级静态工作点相互影响，相互牵制
上式中，uod为双端输出时差模输出电压， 它等于两管输出信号电压之差；Au1为单管 共射放大电路压放大倍数:R'=RC∥(RL/2)。式 中说明双端输出差分放大电路的电压放大倍 数与单管共射放大电路的电压放大倍数相同。
差模交流通路
结论：双端输入、双端输出的差分放大电路的差模放大倍数等于单管放大器的放大倍数。
uI1 和 uI2 分别加到两管 的基极 (双端输入 ) ，输出 电压等于两管输出电压之 差，即uO = uO1 –uO2 (双 端输出) 单端电压等于任一输出端 到地的电压：uO1 或 uO2 (单端输出)
2、抑制零漂原理
①静态分析： 当输入电压 uI1 = uI2=0，如图， 画出直流通路。 因电路完全对称， 则 Ic1 = Ic2，UO1 = UO2=VCC– Ic1• Rc1， UO = UO1 – UO2 = 0
结论：共模输入、双端输出差分放大电路的共模放大 倍数等于零。即对共模信号进行了拟制。
差分放大器受温度影响时，相当于在两 输入端 输入差模信号还是共模信号？
差分放大器在受温度影响时，两管的参数变化相 当于输入一对共模信号，在共模放大倍数极小的 差分放大器中，几乎不能放大，所以能有效地抑 制温度引起的零漂。
波动的影响。
（4）采用温度补偿电路。 （5）采用调制型直流放大器。 （6）采用差分放大电路。这是目前应用最广泛的电路，它常 用作集成运放的输入级。
差分放大电路的组成
差分放大器是一种可以有效地抑制零漂的直耦放 大器
实用型差分放大器
1、电路特点及结构
电路结构对称、 元件参数对应相等， T1和T2特性相同； 采用正，负电源供电 （VCC,-VEE)