第3章 多级放大电路直接耦合差分放大电路

2 (Rb rbe ) Rb rbe 2(1 ) Re
Rid 2(Rb rbe )
R R Ric
1 2
(
Rb
rbe ) 2(1
) Re
od
oc
KCMR
差分放大电路总结：
VCC
u ui1
ui1
ui2 2
ui1
ui2 2
11
u Rc1 IC1 IC2 Rc2
Rb1
o
T1 + E - T2
uI
-V T1
Re T2
EE
- iB2
Rb
Rc
iB
u Rc
Rb
RL
+
o
-
Rc Rb
T2
共模
T1
Rb
+
u riBb1e Ic
iB
Ro
+uod
Rc
RL
uI -VEE 2Re 2Re
-
2Re
-VEE
Ri 2(Rb rbe )
Ad
1 2
(Rc // RL )
(Rb rbe )
RO RC
Ac
Rb
(Rc // RL ) rbe 2(1 ) Re
1 (Rc // RL ) (Rc // RL)
2 (Rb rbe ) Rb rbe 2(1 ) Re
CMR
单入双出 2(Rb rbe) 2RC
(Rc // RL / 2)
Rb rbe
Ac 0
KCMR
单入单出 2(Rb rbe)
RC
1 (Rc // RL ) (Rc // RL)
模拟电子技术基础
主讲 ：赵建辉 第三章 多级放大电路
(２.差分放大电路)
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
第3章 多级放大电路
3.1 多级放大电路的耦合方式 3.2 多级放大电路动态分析 3.3 直接耦合差分放大电路 本节课内容
3.3 直接耦合差分放大电路
重点难点
重点：差分放大电路。 难点：1.差分放大电路分析方法
VCC
互补跟随 T7 增强驱动
+ RL uo
T9
-
-VCC
动态分析：P163 图3.3.19
作业
P169
3.7--3.9 3.１1 3.13 3.14
2.共模／差模放大倍数及共模抑制比KCMR 3.差分放大电路四种接法
问题提出（差分/差动概念）
放大电路中的差分——抑制共模干扰（温度） 运动补偿——抑制机座运动（着舰/侦察/升沉） 差分GPS定位原理——抑制人为误差 其它应用---抑制测量中的共模干扰(电流/传感器)
3.3.1 零点漂移（复习）
VBB
VCC
Rc1
Rb
+
uo
Re1 -
u+ 11 -
VBB
VCC
Rc1
Rb
+ uo -
V
Re1
特点：结构对称。
同型替代！
VCC
Rc1
uo Rc2
Rb1
u+ 11
T1 +
- T2
Rb2
+
u12
-
VBB
Re1
Re2
VBB
Re对直流作用
简化电路
Re对交流作用
VCC
Rc1
uo Rc2
Rb1
u+ 11
T1 +
Ad Ac
四种接法比较：
输出电压：
uo
Ad uI
Ac
•
uC 2
单端等效 共模输入 双端为0
接 法 Rid Ro 双入双出 2(Rb rbe) 2RC
Ad
1 2
R'L
rbe
Ac
(Rc // RL / 2)
Rb rbe
Ac 0
KCMR
KCMR
K 双入单出 2(Rb rbe)
RC
Rb2
Ri 2(Rb rbe ) RO 2RC
iB1
Ro
Rc1
Rc2
i B 2
+ RL/2
uod
RL/2 -
Ac 0
Ad
(Rc
//
RL 2
Rb rbe
)
KCMR
Ad Ac
2.双入单出：
Ri Rb
iB
Ro
+
+
u Rc
+
Rb
RL
o
-
Rc 差模
Rb
riBb1e u Id
rbe
Rc
RLuod
-
Rb2
u12
ui 2
ui1
ui2 2
ui1
ui2 2
IB1
IE1 IE2
IB2
Re
-V 电路结构：(共射+共射)或(射随+共基)，结构互补；
EE
电路目的：抑制共模,放大差模信号，希望KCMR∞； 输 入：双端输入，共模输入分量为0;
单端输入，与双端输入类似，但增加了共模输入分量；
差模输入电阻完全相同,Ri=2(rbe)；
双入双出 双入单出 单入双出 单如单出
分析不同接法下的 A,Ri,Ro,Ac,Ad,KCMR
1.双入双出：（已分析）
VCC
u11
u Rc1 IC1 IC2 Rc2
Rb1
o
T1 + E - T2
Rb2
IB1
IE1 IE2
IB2
Re
-VEE
Ri Rb1
+
u12 uId riBb1e1
rbe2
- iB2
输 出：双端输出，Ac=0， 差分放大倍数与单管共射相同， Ro=2Rc,
单端输出，Ac≠0，差分放大倍数为双端输出的一半；Ro=Rc；
任意输入输出的总放大倍数：
uo
Ad uI
Ac
•
uC 2
四、改进型差分放大电路（等效Re变大/易于集成）
RC
ic1 ic2 uo
RC
+UCC
T3 :放大区
RB
RB
T1
共模电压 放大倍数:
Ac
U oc U c
Common Mode Rejection Ratio
KCMR
Ad Ac
20log Ad (dB) Ac
2.动态分析（共模信号）：
uI1 uI 2
VCC
u11
u Rc1 IC1 IC2 Rc2
Rb1
o
T1 + E - T2
Rb2
u12
IB1
IE1 IE2
IRe IE1 IE2 2I EQ
Re
-VEE
UCEQ VCC ICQ Rc U BEQ
I EQ
VEE U BEQ 2 Re
U 0 IBQ
IEQ
1
o
动态分析准备知识：
VCC
共模输入信号： ui1 = ui2 = uC
差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud u11
u Rc1 IC1 IC2 Rc2
大倍数减小，从而增加共模抑制比， 理想的恒流源相当于阻值为无穷的电 阻，所以共模抑制比是无穷。
恒流——电路如何工作？（抑制共模，放大差模！）
恒流源电路简化画法（P157-3.3.14/15）
＋UCC
Rc ＋ uo － Rc
Rb
Rb
ui1
V1 RW V2
ui2
iE1
iE2
I
－UEE
单端 调零电阻 阻值小
+
uId riBb1e1 rbe2
- iB2
Rb2
iB1
Ro
Rc1
Rc2
i B 2
+ RL/2
uod
RL/2 -
iB1 iB2 iC1 iC2 uC1 uC2
差模电压放大倍数Ad
uO 2uOc 0
Ac
uOd uId
0
Ri Rb1
+
uId riBb1e1 rbe2
- iB2
Rb2
iB1
Ro
Rb1
o
T1 + E - T2
Rb2
u12
任意输入信号： ui1，ui2
IB1
IE1 IE2
IB2
ui1
ui1
ui2 2
ui1
ui2 2
Re
-VEE
共模信号 大小、符号相同
ui 2
ui1
ui2 2
ui1
ui2 2
差模信号 大小同，符号反
共差放模模大抑电倍制压数比(:CAMdRRU)U的odd定义
T2
ui1 R ib1
E
ib2 R ui2
iC
IC3
恒流源
Q
IB3
IC3
R1
uCE UCE3
T3
UCE3
R3
R2
-UEE
静态分析：主要分析T3管。 VB3VE3 IE3 IC3
rce3
U ce3 I c 3
rce3 1M
恒流源的作用
1. 恒流源相当于阻值很大的电阻（动态）。 2. 恒流源不影响差模放大倍数。 3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放
Ac
•
uI 2
U1=Ui
U2=0
(U/2+U/2)差模输入+ U/2共同模输入
Ad
(Rc // RL / 2)
Rb rbe
Ac 0 （对称时）
KCMR
Ad Ac
4.单入单出：
Ri Rb
+
Rc
u+ Rb I
RL
u+VCC o
-
省去Rc 等效 riBb1e
Rb
u Id
rbe
-
-V T1
Re T2
复合管互补输出（消除交越失真） UBE倍增电路
R1 R3 uI R4
R2
VCC
T1 T2
T
+
RL uo
T3 T4
-
-VCC
3.3.4 直接耦合多级放大电路—集成运放雏形
I1
差分 输入 uI1
T1
R1
直流偏置 I2
直流偏置 等效负载
R2
倍增电路 T6
T5
uI2 T2
R3
T8
T3
复合共射
T4 提供放大
IB2
iB1 iB2 iC1 iC 2 uC1 uC2
uO 0
Re
-VEE
共模电压放大倍数AC
Ac
uOc uIc
0
3.动态分析（差模信号）：
VCC
u11
u Rc1 IC1 IC2 Rc2
Rb1
o
T1 + E - T2
Rb2
u12
IB1
IE1 IE2
IB2
Re
-VEE
uI1 uI 2
Ri Rb1
Rc1
Rc2
i B 2
+ RL/2
uod
RL/2 -
双端输入，双端输出：
共模抑制比
Ri 2(Rb rbe ) RO 2RC
Ad
(Rc
//
RL 2
Rb rbe
)
KCMR
Ad Ac
4.差分放大电路电压传输特性（差模输入）：
uod
4UT UT O
UT 4UT uid
线性区
三.差分放大电路的四种接法
-
K CMR
Ad Ac
3.单入双出：
VCC
VCC
uI + -
Rc + uo - Rc 等效
Rb
T1 RL T2 Rb
+
-VEE Re
-+ -
Rc Rb
uI/2
+ uo - Rc
T1 RL T2 Rb
uI/2
uI/2 -VEE Re
uI/2
+ -+
Ri 2(Rb rbe ) RO 2RC
uo
Ad uI
存在问题：交越失真（图3.3.16） O
t
(a)
(b )
交越失真：（过零点）
ui
O
t
iC1
O
t
iC2
O
t
交越
uo
失真
O
过零点失真！
t
二、消除交越失真的互补输出电路：
R1 ui
R2 VD1 VD2
R3
＋UCC 静态分析：
iC1
R2≈0
V1
V1,V2处于微导通状态
iL
动态分析：
＋ rD1,rD2动态电阻≈0
EE
- iB2
Rb
Ri 2(Rb rbe ) RO RC
iB
Ro
Rc
+
R uod
L
-
Rc
iB
非地！
uo
Ad uI
Ac
•
uI 2
单端输入==Ui差模输入 + Ui/2共模输入
Ad
1 2
(Rc // RL )
(Rb rbe )
Ac
Rb
(Rc // RL ) rbe 2(1 ) Re
K CMR
RL uo V1,V2基极电位近似相等
V2
－ （与基本互补电路相同）
iC2
－UCC
采用UBE倍增电路消除交越失真
等效N个二极管偏置
I R3 I1
bI
U（b1，b 2 )
R3 R4 R4
U BE
T
U R4 U BE
R4 I2
b2
U R3
R3 R4
U BE
UBE倍增！
等效二极管偏置
适合复合管 互补输出
- T2
Rb2
u12
-
VBB
+ Re
VCC
相对电位
u+ 11 -
Rc1
Leabharlann Baidu
uo Rc2
Rb1
T1 + - T2 Rb2
u12
Re
-VEE
+
长尾差分电路
二、长尾式差分放大电路分析
1.静态分析：
VCC
u11
u Rc1 IC1 IC2 Rc2
Rb1
o
T1 + E - T2
Rb2
u12
IB1
IE1 IE2
IB2
3.3.３ 直接耦合互补输出
输出级电路要求：
输出电阻小，最大不失真电压尽可能大
VCC
-
+ uI
uI
+
+
RL
-
-
注意：信号自身偏置！ 工作点变化！
-
u RL O +
-VCC
一、基本电路：
ui
＋UCC
O
t
V1
iC1
iC1
＋
ui
O
V2 iC2
RL uo
iC2
t
－
－UCC
O
t
工作原理：交替导通/截止
uo
输入为零，输出不为零。温漂等效（折合）到输入端 uo V / C
Au T
如何抑制直接耦合温漂（信号淹没在噪声中优缺点？ ）
抑制温漂的方法：
1.引入直流反馈 2.温度补偿 3.差分放大电路
直接稳定工作点Q
不稳定Q点，抵消变化
3.3.2 差分放大电路
一、电路组成及工作原理：（思路：差分补偿）
u+ 11 -