模电第六章

差分式放大电路就其功能来说，是放大两个输入信号之差。
理想情况：vo= Avdvid=Avd（vi1-vi2）；Avd差模电压增益 放大电路两个输入端所共有的任何信号对输出电压无 影响。（如共有的干扰信号） 实际情况：vo=Avdvid+ Avcvic ；Avd差模电压增益，Avc共模电压 增益。 其中， 差模信号vid=vi1 -vi2 ，共模信号vic=1/2（vi1 +vi2）
I E2 Re2 VBE1 VBE2 VBE
IO IC2 I E2
VBE Re2
由于 VBE 很小，所以IC2也很小。
4. 电流源作有源负载
镜像电流源
用三极管代替负载 电阻RC ，组成有源 负载，获得较高的 电压放大倍数 + 共射电路的电压增益为： vi -
+VCC VT3 R VT1
当 2 时，IC2和IREF是镜像关系。
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
VCC VBE ( VEE ) VCC VEE Io＝IC2≈IREF＝ R R
无论C2支路的负载值如何， IC2的电 流值将保持不变。
代表符号
则vid=vi1 -vi2=100μV ，vic=1/2（vi1 +vi2）=0
如vi1=＋ 1050μV，vi2= ＋ 950μV， 则vid=vi1 -vi2=100μV ，vic=1000μV 两种情况下输出电压是不同的。（除非共模增益为零）
动画
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
1. 用三端器件组成的差分式放大电路
1=2=
VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO Rc1=Rc2= Rc
信号的输入方式：若信号同 时从两个输入端输入，称为 双端输入； 若信号仅从一 个输入端对地加入，称为单 端输入。 信号的输出方式：差分放大电路可以有两个输出端，一 个是集电极C1，另一个是集电极C2。从C1 和C2输出称为 双端输出，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出。
1. 镜像电流源
镜像电流源电路的特点是工 作三极管的集电极电流是电流源 电路电流的镜像(相等)。 T1、T2的参数完全相同（对管）
即β 1＝β 2，ICEO1＝ICEO2
VBE2 = VBE1
则I E2 = I E1 , I C2 = I C1
I R EF I C 1 2 I B IC2 2 IB I C 2 (1 2 )
传输特性——输出差模信号随输入差模信号变化的曲线 根据三极管vBE 与iE的基本关系 iE I ES evBE /VT 得：
vBE1= vi1= vid/2 vBE2= vi2 = -vid/2 又 vO1＝VCC－iC1Rc1 vO2＝VCC－iC2Rc2 可得传输特性曲线 vO1，vO2＝f（vid）
Rc
双端输出时，Ro 2 Rc
（2）共模电压增益 <A> 双端输出 共模信号的输入使
两管集电极电压有相同的
变化。 所以
voc voc1 voc2 0
共模增益
voc Avc 0 vic
<B> 单端输出
voc1 voc2 Avc1 vic vic
Rc Rc rbe (1 )2ro 2 ro
dB
双端输出，理想情况
单端输出
K CMR
Avd1 Avc1
K CMR

ro
rbe
K CMR 越大， 抑制零漂能力 越强
对差分放大器，人为只加差模信号（放大），所谓共 模输入实际上是外界的干扰信号，应抑制。
（4）频率响应 高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
6.3 差分式放大电路的传输特性
+ vi1
+ vid -
差放
+ -
vo + vo2 -
+
vo1 -
-
+ vi2 -
2. 有关概念 vid = vi1 vi2 差模信号
1 vic = (vi1 vi2 ) 共模信号 2 vod Avd = vid 差模电压增益 voc Avc = 共模电压增益 vic
其中 v od ——差模信号产生的输出
很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入
级的Q点发生微弱变化 ，如：温度），输出将随时 间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。
产生零漂的主要原因是：晶体三极管的参数受
温度的影响。
例如 假设
漂移 10 mV+100 μV
漂移 1 V+ 10 mV
AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术
6.2 差分式放大电路
6.3 差分式放大电路的传输特性 6.4 集成电路运算放大器 6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路 的影响 6.6 变跨导式模拟乘法器 6.7 放大器中的噪声和干扰
集成电路
集成电路：把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，
完成特定功能的电子电路。 按功能分为数字集成电路和模拟集成电路。 在模拟集成电路中集成运放是应用极为广泛的一种。
vO1，vO2＝f（vid）的传输特性曲线
从传输特性可以看出； 1、 vid vi 1 vi 2 0 时，电路处于静态，即Q态 2、vid在0~±VT范围变化时，vo1、vo2与vid呈线性关系， 放大电路工作在放大区，放大倍数越大，曲线越陡，线 性区越窄，动态范围小。 反之：放大倍数越小，曲线越缓，线性区越宽，动态 范围大。 3、当vid≥4VT时，差分放大电路具有限幅特性。
VT2
+ vo 放大管
vo ( Rc // RL ) AV = rbe vi
6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述 6.2.1 差分式放大电路的一般结构 6.2.2 射极耦合差分式放大电路 6.2.3 源极耦合差分式放大电路
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
# 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
I B1 I B2
IC β
Vo = 0
动态 仅输入差模信号， v i1 和 v i2 大小相等，相位相反。 vc1 和 vc2 大小相等， 相位相反。 vo vc1 vc2 0 ，
信号被放大。 仅输入共模信号， vo
vc1 vc2 0
2.
抑制零点漂移原理 温度变化和电源电压波
差模信号和共模信号 差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号； 共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。
差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。
温度对差分式放大电路输入端的影响相 当于加入了共模信号。差分式放大电路抑制 共模信号，放大差模信号，是模拟集成运算 放大电路输入级所采用的电路形式。
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力
接入负载时
1 β ( Rc || RL ) 2 Avd = rbe
<B> 双入、单出
Avd1 Avd2
vo1 1 vo1 Rc = Avd vid 2vi1 2 2rbe
vo2 Rc = vid 2 rbe
接入负载时
Avd1
β ( Rc || RL ) = 2 rbe
ro Avc1
抑制零漂能力增强
共模输入电阻 不论是单端输入还 是双端输入，共模输 入电阻Ric为
Ric 1 = [rbe + (1 + β )2ro ] 2
共模输出电阻 单端输出时， Ro
Rc
双端输出时，Ro 2 Rc
（3）共模抑制比
K CMR Avd Avc
K CMR
Avd 20 lg Avc
将差分信号转换为 单端输出信号。
<C> 单端输入
ro很大，ro支路相当于 开路，输入信号近似 均匀地分在两管的输 入回路上。
单端输入等效于双 端输入,指标计算 与双端输入相同。
差模输入电阻
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。
Rid = 2rbe
差模输出电阻 单端输出时， Ro
差分放大电路的工作状 态分差模和共模两种：
差分放大电路的差模工作状态分为四种 1. 双端输入、双端输出（双—双） 2. 双端输入、单端输出（双—单） 3. 单端输入、双端输出（单—双） 4. 单端输入、单端输出（单—单）
静态
I C1 = I C2
1 IC IO 2
VCE1 = VCE2
VCC IC Rc2 VE VCC IC Rc2 (0.7V)Biblioteka 若第一级漂了100 μV，
则输出漂移 1 V。
漂了 100 μV
若第二级也漂了100 μV， 则输出漂移 10 mV。
第一级是关键
漂移 1 V+ 10 mV
3、 减小零漂的措施
用非线性元件进行温度补偿 调制解调方式。如“斩波稳零放大器”
采用差分式放大电路
4、 差分式放大电路中的一般概念
可见，差分放大电路对差模输入信号有一定的要求。
6.4 集成电路运算放大器
6.4.1 CMOS MC14573集成电路运算放大器
6.4.2 BJTLM741集成运算放大器
1、方框图
特点： 电压增益高 输入电阻大
输出电阻小
运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造 的高增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种， 广泛应用于各种电子电路之中。
总输出电压
vo = vod voc Avdvid Avcvic