差分放大电路

根据规定的正方向， 根据规定的正方向，在一个 6.1.2 差分放大电路的 输入端加上一定极性的信号， 输入端加上一定极性的信号，如 输入和输出方式 果所得到的输出信号极性与其相 反之，如果所得到的输出 反之，
反相输入端。 反相输入端。
信号的输入方式：若信号同时加到同相输 信号的输入方式： 入端和反相输入端， 称为双端输入 双端输入； 入端和反相输入端 ， 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 对地加入 单端输入。 仅从一个输入端对地加入，称为单端输入。 差分放大电路可以有两个输出端， 一个 差分放大电路可以有两个输出端 ， 是集电极C 另一个是集电极C 是集电极 1，另一个是集电极 2。 输出称为双端输出 双端输出， 从C1 和C2输出称为双端输出，仅从集电 对地输出称为单端输出 单端输出。 极 C1或C2 对地输出称为单端输出。
(1)差模电压放大倍数 (1)差模电压放大倍数Avd
②双端输入单端输出差模电压放大倍数
Avd = −
β (Rc // RL )
2 (Rs + rbe )
双端输入单端输出因只利 用了一个集电极输出的变化量， 用了一个集电极输出的变化量， 所以它的差模电压放大倍数是 双端输出的二分之一。 双端输出的二分之一。 这种方式适用于将 差分信号转换为单端输 出的信号。 出的信号。
2 (R s + rbe )
通过从 T1 或 T2 的集电极输出，可以得 的集电极输出， 到输出与输入之间或电位反相或电位同相的 的基极输入信号， 输出， 关系。 关系。从T1的基极输入信号，从C1 输出，为 反相； 输出为同相。 反相；从C2 输出为同相。
(2)差模输入电阻 (2)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入， 不论是单端输入还是双端输入，差模输入 电阻R 是基本放大电路的两倍。 电阻 id是基本放大电路的两倍。
耦合电路采用直接连接或电阻连接， 耦合电路采用直接连接或电阻连接， 不采用电抗性元件。 不采用电抗性元件。 直接耦合电路可传输低频甚至直流信号， 直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而 缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。 缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。
电抗性元件耦合
级间采用电容或变压器耦合。 级间采用电容或变压器耦合。
图06.05双端输入单端输出 双端输入单端输出
③单端输入双端输出差模电压放大倍数
单端输入信号可以转 换为双端输入， 换为双端输入 ， 其转换过 程 见 图 06.06 。 右 侧 的 Rs+rbe归算到发射极回路的 值[(Rs+rbe) /(1+β)]<< Re， 分流极小， 故 Re 对 Ie 分流极小，可忽 略，于是有: 于是有
即 ： β 1= β 2= β VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
图06.01差分放大电路 06.01差分放大电路
反之，如果所得到的输出 差分放大电路一般有两个输入端： 差分放大电路一般有两个输入端： 。 则该输入端称为同相输入端。 同，则该输入端称为同相输入端 信号的极性与其相反， 信号的极性与其相反，则该输 入端称为反相输入端。 入端称为反相输入端。 同相输入端， 同相输入端，
(a)阻容耦合 阻容耦合
(b)直接耦合 直接耦合 (c)变压器耦合 变压器耦合 图07.01 耦合电路的形式
直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相 影响，应认真加以解决。 影响，应认真加以解决。
7.1.2 零点漂移
零点漂移
是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态 值的现象。 值的现象。 产生零点漂移的主要原因是温度的影响， 产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以 有时也用温度漂移 时间漂移来表示 温度漂移或 来表示。 有时也用温度漂移或时间漂移来表示。工作点参数 的变化往往由相应的指标来衡量。
vi1 = －vi2 = vi / 2
图06.06 单端输入转换 为双端输入
RL β ( Rc // ) 2 Av d = − Rs + rbe
这种方式用于将单端信号 转换成双端差分信号, 转换成双端差分信号 可用于 输出负载不接地的情况。 输出负载不接地的情况。
④单端输入单端输出
Avd = ±
β (R c // R L )
6.1.3 差模信号和共模信号
差模信号 共模信号
是指在两个 是指在两个 输入端加上幅度 输入端加上幅度 相等，极性相反 相等，极性相同 相等， 相等， 的信号。 的信号。 的信号。 的信号。
图06.02共模信号和差模信号示意图 共模信号和差模信号示意图
差分放大电路仅对差模信号具有放大能力， 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。 共模信号不予放大。 温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信 号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所 采用的电路形式。 采用的电路形式。
n
A = A1 A 2 A3 ⋅ ⋅ ⋅ A n = ∏ A i
i =1
7.1.1耦合形式 7.1.1耦合形式 7.1.2零点漂移 7.1.2零点漂移
7.1.1 耦合形式
多级放大电路的连接， 多级放大电路的连接 ， 产生了单元电路间的 级联问题，即耦合问题。 级联问题 ，即耦合问题 。 放大电路的级间耦合必 须要保证信号的传输， 须要保证信号的传输， 且保证各级的静态工作点 正确。 正确。 直接耦合
双端输出时K 可认为等于无穷大， 双端输出时 CMR可认为等于无穷大，单端 输出时共模抑制比
K CMR
− β R 'L / 2( Rb + rbe ) β Re = ≈ − R 'L / 2 Re Rb + rbe
(动画6-2)
6.3.3 恒流源差分放大电路
为了提高共模抑制比应加大R 加大后， 为了提高共模抑制比应加大 e 。但Re加大后，为保证 工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。 工作点不变 ， 必须提高负电源 ， 这是不经济的 。 为此可用 恒流源T 来代替R 恒流源 3来代替 e 。 恒流源动态电阻大， 恒流源动态电阻大 ， 可提高 共模抑制比。同时恒流源的管压 共模抑制比。 降只有几伏， 降只有几伏 ，可不必提高负电源 之值。 之值 。这种电路称为恒流源差分 放大电路，电路如图 所示。 放大电路，电路如图06.09所示。 所示
一般将在一定时间内， 一般将在一定时间内 ， 或一定温度变化范 围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数， 围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即 将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。 将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如 µV/°C 或 µV/min 。 °
图06.03双电源差分放大电路 双电源差分放大电路 (动画 动画6-1) 动画
6.3 差分放大电路的动态计算
6.3.1差模状态动态计算 6.3.2共模状态动态计算 6.3.3恒流源差分放大电路
6.3.1 差模状态动态计算
差分放大电路的差模工作状态分为四种: 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） 双端输入、双端输出（ 双 2. 双端输入、单端输出（双----单） 双端输入、单端输出（ 单 3. 单端输入、双端输出（单----双） 单端输入、双端输出（ 双 4. 单端输入、单端输出（单----单） 单端输入、单端输出（ 单 主要讨论的问题有： 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻
IB = V EE − V BE R s + (1 + β ) 2 R e
IC = β IB V C = V CC − I C R c V E = 2 I C R e − V EE V CE = V C − V E V B = V E + V BE
的计算式可知， 由IB的计算式可知，Re对 一半差分电路而言，只有2 一半差分电路而言，只有 Re 才能获得相同的电压降。 才能获得相同的电压降。
vOC1 Ac = v vIC =− Rb + rbe + (1+ β )2Re
图06.08 共模微变等效电路
β R'L
R'L ≈− 2Re
(2)共模抑制比 (2)共模抑制比
共模抑制比K 共模抑制比 CMR是差分放大器的一个重 要指标。 要指标。
K CMR
Avd = Avc
，或
K CMR
源自文库
Avd (dB) = 20 lg Avc
双端输入差放电路如图06.04 所示 所示。 双端输入差放电路如图 06.04所示 。 负载电阻 06 接在两集电极之间。 接在两输入端之间， 接在两集电极之间。vi 接在两输入端之间，也可看 各接在两输入端与地之间。 成± vi /2各接在两输入端与地之间。 各接在两输入端与地之间 ①双端输入双端输出差模电压放大倍数
模拟电子技术基础
第九讲
主讲 ：黄友锐
安徽理工大学电气工程系
6.1 概述 6.2 差分放大电路的静态计算 6.3 差分放大电路的动态计算
6.1 概 述
6.1.1 差分放大电路的组成 6.1.2 差分放大电路的输入和 输出方式 6.1.3 差模信号和共模信号
6.1.1 差分放大电路的组成
差分放大电路是由对称的两个基本放大电路 差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射 对称的两个基本放大电路， 极公共电阻耦合构成的。 如图06.01所示 。 对称的含义是 极公共电阻耦合构成的 。 如图 06.01 所示。 06 所示 两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。 两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。
(1) 共模放大倍数Avc
计算共模放大倍数A 的微变等效电路，如图06.08 所 计算共模放大倍数 vc的微变等效电路，如图 其中R 等效，这与差模时不同。 的大小， 示。其中 e用2Re等效 ，这与差模时不同。Avc的大小，取 决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。 决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单 端输出时为: 端输出时为
电抗性元件耦合，只能传输交流信号， 电抗性元件耦合，只能传输交流信号， 漂移信号和低频信号不能通过。 漂移信号和低频信号不能通过。 根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。 根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。 性质
耦合电路的简化形式如图07.01所示。 耦合电路的简化形式如图07.01所示。 所示
(1)差模电压放大倍数 (1)差模电压放大倍数Avd
Av d
RL β ( Rc // ) 2 =− Rs + rbe
这种方式适用于 双端输入和双端输出， 双端输入和双端输出， 输入、输出均不接地 输入、 的情况。 的情况。
图06.04双端输入双端输出 双端输入双端输出
差动放大器双入 ——双出微变等效电路 双出微变等效电路
Rid = 2(Rs + rbe )
(3)输出电阻 (3)输出电阻
输出电阻在 单端输出时， 单端输出时， Ro = Rc 双端输出时，Ro = 2Rc 双端输出时，
6.3.2 共模状态动态计算
例如温漂信号属共模信号，它对差分放大电路中I 例如温漂信号属共模信号，它对差分放大电路中 c1和 Ic2的影响相同。 的影响相同。 如果输入信号极性相 同 ， 幅度也相同则是纯共 模信号。 如果极性相同， 模信号 。 如果极性相同 ， 但幅度不等， 则可以认为 但幅度不等 ， 既包含共模信号， 既包含共模信号 ， 又包含 差模信号， 差模信号 ， 应分开加以计 所示。 算，如图06.07所示。 如图 所示 图06.07共模差模信 共模差模信 号混合的情况
恒流源电流数值为 IE =(VZ - VBE3 )/ Re
图06.09恒流源差分放大电路 恒流源差分放大电路
07 多级放大电路
7.1 多 级 放 大 电 路 概 述 7.2 直接耦合多级放大电路 7.3 多级放大电路电压放大倍数的计算
7.4 变压器耦合的特点
7.1 多级放大电路概述
多级放大电路的放大倍数
6.2 差分放大电路的静态计算
差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电 如图06.03所示。由于接入负电源， 所示。 如图 所示 由于接入负电源， 所以偏置电阻R 可以取消， ， 所以偏置电阻 b可以取消，改为－ 路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端 路基本相同。为了使差分放大电路在静态时改为－VEE 供基极偏置电流。基极电流为: 和Re提供基极偏置电流。基极电流为: 基本上是零电位，将Re从接地改为接负电源－VEE。 基本上是零电位， 从接地改为接负电源－