《差分放大器》【教学版】

主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
+ VCC
差模信号与共模信号：
差模信号：Ud=Uid1-Uid2 大小相等，极性相反的一对 信号: Uid1= - Uid2 共模信号: Uc=Uc1=Uc2
T1
Rc1
Rc2
uo
T2
ui1
信号的分解：根据定义 （如：ui1 = 32 mV，ui2 = 0V）
uid1=-uid2=uid /2
+ VCC Rc1
T1
=(ui1-ui2)/2
uic1=uic2=uic =(ui1+ui2)/2
RL
Rc2
T2
uo
ui1
uic1 uid1
uic2 uid2
ui2
合成： ui1=uic1+uid1=uic+uid /2
华南农业大学理学院
第六章：差分放大器
6.1 直接耦合要解决的问题
6.2 基本差分电路 6.3 长尾式差分电路 6.4 恒流源式差分电路 本章小结
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
第六章：差分放大器
重点
1.零点漂移及其抑制 2.差分放大原理 3.恒流源差分电路
共模抑制比：差分放大器的重要指标
CMRR K CMR
Aud Auc
Aud K CMR (dB) 20 lg Auc
KCMR (dB) 80(dB)
例如： CMRR 10000
因此：双端输出的共模抑制比CMRR=∞ 单端输出的共模抑制比:
K CMR
Aud1 Auc1

Re
rbe
ui2=uic2-uid2=uic-uid /2
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
+ VCC
三、对差模信号的放大作用：
差模信号：uid1 = – uid2 大小相等，极性相反 差模输入信号： uid uid2
T1
Rc1
零漂
由元器件老化引起的零漂称为时漂
uO 零漂有时会把 有用信号淹没
引起直接耦合放大电路 零漂的主要因素是温漂
0
主讲/设计/制作：谭诚臣
t
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
一、直流耦合要解决的主要问题
零漂的严重性：淹没有用信号。
U01 = ±0. 02V U03 = ±8.00 V±0.40v±0.02v
ui1
V1 V2
ui2
IE
-VEE 直流通路（等效电路）
Uo = UCQ1 – UCQ2 =0 -V
EE
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
动态分析的思路：
1.将双管电路化成单管电路，利用以前的结论来分析；
等效单管电路
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
2 . 差模输入分析： ②单端输出： 此时，负载不属于公共元件， 无须处理； 输出信号却比双端的时候减 少一半； uid
Rc1
Rc2
+ VCCபைடு நூலகம்
T1 RL uo
IE1 IE2
uRe=0
RL/2
ΔIRe = 0
Re = 0 Re = ∞
主讲/设计/制作：谭诚臣
虚短！ 虚断！
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
2 . 差模输入分析： ①双端输出： 差模信号：uid1 = - uid2
RL 1/2RL ; Re = 0 RC T1
1 . 共模输入分析： ①双端输出：
V1
+VCC RC
uoc
RC
V2
uic1
uic2
对于共模输入：uic = uic1 = uic2 有:
ie2 ie1 R
VEE RC
E
ie1 = ie2
ue = 2ie1RE
uic1 V1
所以：等效电路如右；
uoc
RC
uoc = 0
Auc
uoc 0 uic
2RE 2RE
2.共模信号单独分析； 3.差模信号单独分析； 4.综合起来看电路对两种信号的综合作用； 将双管电路化成单管电路的关键： 1.合理处理射极公共元件RE 2.合理处理集电极负载RL
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
显然：Re非常重要！
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
四、恒流源式差分电路的工作原理
1 2
3 4 5
知识点 1.共模电路分析 2.差模电路分析 3.共模抑制比 4.差分电路四种接法
知识点 1.恒流源电路 2.恒流源差分电路 3.静态分析 4.动态分析 5.改进电路
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
一、直流耦合要解决的主要问题
1. 零点漂移： 当ui=0时，uo≠0且无规律的现象，称为零点漂 移，简称零漂。 由温度引起的零漂称为温漂
华南农业大学理学院
电子信息类专业适用
模拟电子技术基础
每 天 进 步 一 点 点 ……
…… ……
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
第六章：
( Differential Amplifier )
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
uo
V1 REE -VEE
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
差 分 电 路 工 作 原 理
1.
基本差分电路的组成 差分电路的四种接法 差分电路的差模放大作用 差分电路的共模抑制作用
2.
3. 4.
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
2 . 差模输入分析： ①双端输出： 差模信号：uid1 = - uid2 Uod = 2 Uod1
RL 等 效 为 T1
+ VCC
Rc1
uod
RL
Rc2
T2
uid1
uid1
uid2
IC1 IC2
UC1 UC2
uid2
Re – VEE
uid1
uid2
IC1 IC2
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
一、基本差分电路的组成：
由两个结构完全对称的 共射放大电路组成。 对称的意思： a.两个三极管的特性一致；
Rc1 Rc2
+ VCC
T1
uo
RL
T2
ui1 ui2
b.电路参数对应相等。
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
二、差分电路的四种接法:
输入方式 单端输入 双端输入 单端输出 输出方式 双端输出
ui ui T1
Rc1
uo uo
+ Rc2VCC
T2
RL
ui1 ui2
双端输入双端输出差分电路 双端输入单端输出差分电路 单端输入单端输出差分电路 单端输入双端输出差分电路
输入、输出的组合就构成了差分电路的四种接法！
抑制零漂的方法：
①负反馈法：只能抑制无法消除
②温度补偿法：很难完全消除(补偿)
③差分电路法：抑制能力很强，电路更灵活 ④信号变换法：比较复杂
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
一、直流耦合要解决的主要问题
+VCC RC
2.零输入零输出问题：
当ui=0时，uo=0 方法：双电源供电 ui
Rc2
uod
T2
uid1
uid = uid1 – uid2 Aud1 Aud
uod1 uod2 Aud2 uid1 uid2 Rc1 uod 2uod1 Aud1 2uid1 rbe1 uid
结论：双端输出的差模 电压放大倍数等于单管 的电压放大倍数！
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
V2
uic2
共模信号交流通路
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
三、动态分析:
1 . 共模输入分析： ②单端输出： 其等效单管电路如图： 共模电压放大倍数：
共模输入电阻(输入端并联):
uic 1 Ric [rbe + (1 + )2 Re ] 2 ib 2
T2
ui1
ui2
Re – VEE
uo uo 1 R'L Aud = uid 2ui1 2rbe1
Rc1 // RL RL
Rid = 2rbe
Rod = RC
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
uoc Auc uic
≈
Rc1 rbe1 + 1 + β） 2Re （
RC V1
RC
V2
R c1 2 Re
uoc
2Re 2Re
uic1
uic2
显然：Re越大越好！
等效单管电路 共模信号交流通路
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
难点
1.差分放大器性能指标的求解 2.恒流源电路
要求
1.熟练掌握基本概念 2.掌握差分放大的工作原理 3.学会分析差分电路的方法
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
第六章：差分放大器
1.基本差分电路 2.长尾式差分电路 3.恒流源式差分电路
知识点 1.共模信号分析 2.差模信号分析 3.共模抑制比 4.差分电路类型
一、电路组成： 由于单端输出 的基本差分电 路无零漂抑制 能力，因此， 对基本差分电 ui1 路进行改进， 引入RE成为长 尾式差分电路。 长尾电路: long tailed pair
RC
+VCC
RC
uo
V1
V2
ui2
RE -VEE
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
A1 = 20 ui=o
A2 = 20
A3 = 20
U02 =±0.40 V±0.02v
很显然：多级放大中第一级的零漂影响最严重！
U O 将输出的漂移折合到输入端: U I A
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
零漂的衡量：
华南农业大学理学院
一、直流耦合要解决的主要问题
ui2 大小相等，极性相同的一对信号, 用Uic1、Uic2表示，Uic1= Uic2
共模信号和差模信号示意图
零点漂移对两个管子作用相同，故可视为共模信号！ 差分电路只放大差模信号，抑制共模信号！
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
1
长尾式差分电路的静态分析
长尾式 差分电路
3
2
长尾式差分电路的动态分析
四种接法的性能比较
主讲/设计/制作：谭诚臣
E-mail: tantcc@139.com
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
+ VCC
Rc1
uod
RL
Rc2
T2
uo Aud 1/2R uid2uL 2uid1 id
1/2RL
uid1
RC +VCC 2uR e od1 – VEE
RL rbe
等效电路如右： uid1 化成单管如图：
V1
uod1
RidV =2 2rbe1 Ro = 2Rc1
1 u Rod2 L Rc1 // 2 RL uid2
华南农业大学理学院
三、长尾式差分电路的工作原理
二、静态分析:
RC ICQ1 V1 +VC
C VEE = UBEQ + IEE RE
RC +VCC
uo
UCQ1 IEQ1 RE UCQ2 IEQ2
RE IEE = (VEER– C C UBEQ) / R
ICQ2 V2
ICQ1 = ICQ2 uo (VEE – UBEQ) / 2RE UCQ1 = VCC – ICQ1RC UCQ2 = VCC – ICQ2 RE RC
华南农业大学理学院
二、基本差分电路的工作原理
+ VCC
四、对共模信号的抑制作用：
共模信号：uic1 = uic2 大小相等，极性相同 共模输入信号定义为：
T1
Rc1
Rc2
uoc
T2
uic1 uic2
uic = uic1 = uic2
uoc1 uoc2 Auc1 A u c2 uic1 uic2 uoc 0 对零点漂移有抑制能力！！！ 0 Auc uic uic