差动放大电路
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电工电子技术
差动放大电路
1.1 直接耦合放大电路的的问题 在直接耦合放大电路中，由于级与级之间无隔直电容，
因此各级的静态工作点相互影响，从而要求在设计电路 时，合理安排，使各级都有合适的静态工作点。
若将直接耦合放大电路的输入端短路（ui = 0），理 论上讲，输出端应保持某个固定值不变。然而，实际情 况并非如此，输出电压往往偏离初始静态值，出现了缓 慢的、无规则的漂移，这种现象称为零点漂移。
故输出电压
uo UC1 UC2 0
由此可知，输入信号为零时，基本差动放大电路的输 出信号电压uo也为零。
VCC
Rb1 ui1
Rc1
Rc2
T1
T2
RP
Rb2 ui2
Re VEE
图 8.9 基本差动放大电路
2. 抑制零点漂移的演示
演示过程如下：
（1）当将两输入端与地连接即ui = 0时，将万用表直 流电压挡接在输出端，此时会发现，万用表的指针几乎 不动，即Uo = 0 。如果有偏差，可通过调节电位器RP 弥 补因两管参数误差造成的不对称性，可使输出电压Uo = 0。
产生零点漂移的原因是电源电压的波动，元器件参 数的变化，特别是环境温度的变化。当输入级放大电路 的Q点由于某种原因而稍有偏移时，输入级的输出电压会 发生微小的变化，这种缓慢的微小变化就会被逐级放大， 致使放大电路输出端产生较大的漂移电压，而且级数越 多，漂移越大；当漂移电压的大小可以和有效信号电压 相比拟时，就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压， 严重时甚至漂移电压会淹没有用信号，使放大电路无法 工作。因此，设计电路时必须对此现象加以抑制。
在演示步骤（2）中，当用手捏住一只管子的管壳时， 由于只给一只管子加热，两管参数变化不同，两管集电 极电压变化不同，因而其输出电压不为零，产生了零点 漂移。
在演示步骤（3）中，当用两只手同时捏住两只管子 的管壳时，由于给两管同时加热，两管参数的变化是相 同的，两管集电极电流的变化是相同的，两集电极电压 的变化也是相同的，因此其输出电压为零，输出电压没 有漂移。可以看出，差动放大电路是利用电路的对称性 来抑制零点漂移的。
差动放大电路是集成运算放大器的基本组成单元。利 用差动放大电路可以克服直接耦合放大电路的零点漂移 现象。
如图8.9所示为基本差动放大电路，它是由两个电路 参数和管子特性完全队称的共射极放大电路组成的。输 入信号ui1和ui2从两个晶体管的基极输入，称为双端输入， 输出信号从两个集电极之间取出，称为双端输出。Re为 差动放大电路的公共射极电阻，用来决定晶体管的静态 工作电流和抑制零漂。Rc1、Rc2为集电极负载电阻，电 路采用VCC、VEE双电源供电。RP是调零电位器，保证零 输入时为零输出，在做分析时我们可以将其去掉。
1.3 差动放大电路的电压放大倍数
从理论上讲，差动放大电路的参数是对称的，因此， 在分析时，为了方便，可将图8.9中的电位器去掉。
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 反的信号，即ui1 = - ui2时，这种输入方式称为差模输入， 所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号用uid来 表示。差模输入电路如图8.10所示，由图可得
VEE
图 8.10 差模输入电路
VCC
ic1
ic2
Rb
uic
ui1 ib1
Rc
Rc
uoc
T1
T2
ie1
ie2
Rb ib2 ui2
Re
VEE
图 8.11 共模输入电路
差模输入时，ui1 = - ui2，由于两管的输入电压方向 相反，流过两管的电流方向也相反。一管电流增加，另 一管的电流减小，在电路完全对称的条件下，ic1增加的 量与ic2减小的量相等，所以流过Re的电流变化为零，则 URe = 0。可以认为：Re对差模信号呈短路状态，交流通 路如图8.12所示，由图可以看出，当从两管集电极取电 压时，其差模电压放大倍数表示为
1. 静态分析
当没有输入信号电压时，即ui1 = ui2 = 0，由于电路
完全对称，所以Rc1 = Rc2 = Rc，UBE1=UBE2=UBE，
这时Βιβλιοθήκη Baidu
I C1
IC2
IC
IB
•
VEE U BE
(1 )Re
•
当β >> 1时
IC
VEE U BE 2Re
U C1 U C 2 VCC IC Re
1 ui1 ui2 2 uid
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 同的信号，即ui1 = ui2时，这种输入方式称为共模输入， 所输入的信号称为共模输入信号。共模输入信号用uic来 表示。共模输入电路如图8.11所示，由图可得
ui1 ui2 uic
在差动放大电路两输入端输入的信号大小不等时，此 时，可将其分解为差模信号和共模信号。差模信号为两 输入信号之差，用uid表示，即
Aud
uod uid
uod1 uod 2 ui1 ui2
2uod1 2ui1
Re
rbe Rb
公式 （8-9）
当在两个管子的集电极接上负载RL时，
Aud
RL'
rbe Rb
公式 （8-10）
（2）若用一只手捏住一只管子的管壳（相当于给一 只管子加热）时，你会发现，万用表的指针慢慢偏转， 说明此时的输出电压已经不为零了。
（3）若用两只手同时分别捏住两只管子的管壳（相 当于给两只管子同时加热）时，万用表的指针指向零， 说明输出电压为零。
演示现象分析：
演示步骤（1）我们可以通过前面的静态分析知道。
uid ui1 ui2
共模信号为两输入信号的算术平均值，用uic表示，即
uic 12(ui1 ui2 )
于是，加在两输入端上的信号可分解为
ui1
uid 2
uic
ui2
uid 2
uic
Rb ui1 ib1 uid ui2
VCC
ic1
ic2
Rc
Rc
uod
Rb
T1
T2
ib2
ie1
ie2
Re
为了表示由于温度变化引起的漂移，常把温度每升高 1oC时，输出电压的变化量ΔUo按放大电路的总增益Au折 合到输入端的等效输入漂移电压ΔUi作为温漂指标。
温漂是直接耦合放大电路所特有的现象，也是最棘手 的问题。人们采用各种补偿措施来抑制温漂，其中最有 效的方法是使用差动放大电路来抑制零点漂移。
1.2 差动放大电路的对零点漂移的抑制
差动放大电路
1.1 直接耦合放大电路的的问题 在直接耦合放大电路中，由于级与级之间无隔直电容，
因此各级的静态工作点相互影响，从而要求在设计电路 时，合理安排，使各级都有合适的静态工作点。
若将直接耦合放大电路的输入端短路（ui = 0），理 论上讲，输出端应保持某个固定值不变。然而，实际情 况并非如此，输出电压往往偏离初始静态值，出现了缓 慢的、无规则的漂移，这种现象称为零点漂移。
故输出电压
uo UC1 UC2 0
由此可知，输入信号为零时，基本差动放大电路的输 出信号电压uo也为零。
VCC
Rb1 ui1
Rc1
Rc2
T1
T2
RP
Rb2 ui2
Re VEE
图 8.9 基本差动放大电路
2. 抑制零点漂移的演示
演示过程如下：
（1）当将两输入端与地连接即ui = 0时，将万用表直 流电压挡接在输出端，此时会发现，万用表的指针几乎 不动，即Uo = 0 。如果有偏差，可通过调节电位器RP 弥 补因两管参数误差造成的不对称性，可使输出电压Uo = 0。
产生零点漂移的原因是电源电压的波动，元器件参 数的变化，特别是环境温度的变化。当输入级放大电路 的Q点由于某种原因而稍有偏移时，输入级的输出电压会 发生微小的变化，这种缓慢的微小变化就会被逐级放大， 致使放大电路输出端产生较大的漂移电压，而且级数越 多，漂移越大；当漂移电压的大小可以和有效信号电压 相比拟时，就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压， 严重时甚至漂移电压会淹没有用信号，使放大电路无法 工作。因此，设计电路时必须对此现象加以抑制。
在演示步骤（2）中，当用手捏住一只管子的管壳时， 由于只给一只管子加热，两管参数变化不同，两管集电 极电压变化不同，因而其输出电压不为零，产生了零点 漂移。
在演示步骤（3）中，当用两只手同时捏住两只管子 的管壳时，由于给两管同时加热，两管参数的变化是相 同的，两管集电极电流的变化是相同的，两集电极电压 的变化也是相同的，因此其输出电压为零，输出电压没 有漂移。可以看出，差动放大电路是利用电路的对称性 来抑制零点漂移的。
差动放大电路是集成运算放大器的基本组成单元。利 用差动放大电路可以克服直接耦合放大电路的零点漂移 现象。
如图8.9所示为基本差动放大电路，它是由两个电路 参数和管子特性完全队称的共射极放大电路组成的。输 入信号ui1和ui2从两个晶体管的基极输入，称为双端输入， 输出信号从两个集电极之间取出，称为双端输出。Re为 差动放大电路的公共射极电阻，用来决定晶体管的静态 工作电流和抑制零漂。Rc1、Rc2为集电极负载电阻，电 路采用VCC、VEE双电源供电。RP是调零电位器，保证零 输入时为零输出，在做分析时我们可以将其去掉。
1.3 差动放大电路的电压放大倍数
从理论上讲，差动放大电路的参数是对称的，因此， 在分析时，为了方便，可将图8.9中的电位器去掉。
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 反的信号，即ui1 = - ui2时，这种输入方式称为差模输入， 所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号用uid来 表示。差模输入电路如图8.10所示，由图可得
VEE
图 8.10 差模输入电路
VCC
ic1
ic2
Rb
uic
ui1 ib1
Rc
Rc
uoc
T1
T2
ie1
ie2
Rb ib2 ui2
Re
VEE
图 8.11 共模输入电路
差模输入时，ui1 = - ui2，由于两管的输入电压方向 相反，流过两管的电流方向也相反。一管电流增加，另 一管的电流减小，在电路完全对称的条件下，ic1增加的 量与ic2减小的量相等，所以流过Re的电流变化为零，则 URe = 0。可以认为：Re对差模信号呈短路状态，交流通 路如图8.12所示，由图可以看出，当从两管集电极取电 压时，其差模电压放大倍数表示为
1. 静态分析
当没有输入信号电压时，即ui1 = ui2 = 0，由于电路
完全对称，所以Rc1 = Rc2 = Rc，UBE1=UBE2=UBE，
这时Βιβλιοθήκη Baidu
I C1
IC2
IC
IB
•
VEE U BE
(1 )Re
•
当β >> 1时
IC
VEE U BE 2Re
U C1 U C 2 VCC IC Re
1 ui1 ui2 2 uid
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 同的信号，即ui1 = ui2时，这种输入方式称为共模输入， 所输入的信号称为共模输入信号。共模输入信号用uic来 表示。共模输入电路如图8.11所示，由图可得
ui1 ui2 uic
在差动放大电路两输入端输入的信号大小不等时，此 时，可将其分解为差模信号和共模信号。差模信号为两 输入信号之差，用uid表示，即
Aud
uod uid
uod1 uod 2 ui1 ui2
2uod1 2ui1
Re
rbe Rb
公式 （8-9）
当在两个管子的集电极接上负载RL时，
Aud
RL'
rbe Rb
公式 （8-10）
（2）若用一只手捏住一只管子的管壳（相当于给一 只管子加热）时，你会发现，万用表的指针慢慢偏转， 说明此时的输出电压已经不为零了。
（3）若用两只手同时分别捏住两只管子的管壳（相 当于给两只管子同时加热）时，万用表的指针指向零， 说明输出电压为零。
演示现象分析：
演示步骤（1）我们可以通过前面的静态分析知道。
uid ui1 ui2
共模信号为两输入信号的算术平均值，用uic表示，即
uic 12(ui1 ui2 )
于是，加在两输入端上的信号可分解为
ui1
uid 2
uic
ui2
uid 2
uic
Rb ui1 ib1 uid ui2
VCC
ic1
ic2
Rc
Rc
uod
Rb
T1
T2
ib2
ie1
ie2
Re
为了表示由于温度变化引起的漂移，常把温度每升高 1oC时，输出电压的变化量ΔUo按放大电路的总增益Au折 合到输入端的等效输入漂移电压ΔUi作为温漂指标。
温漂是直接耦合放大电路所特有的现象，也是最棘手 的问题。人们采用各种补偿措施来抑制温漂，其中最有 效的方法是使用差动放大电路来抑制零点漂移。
1.2 差动放大电路的对零点漂移的抑制