差动放大器差动放大器
差动放大器工作原理
差动放大器工作原理
差动放大器是一种电子放大器电路，用来放大不同输入信号之间的差值。
它通过将输入信号分为两个相位相反的部分，然后进行放大，并且抑制共模信号，从而提高放大器的性能和抗干扰能力。
差动放大器的基本原理是利用两个输入信号与一个共同的对地参考点相连，形成一个闭合的回路。
这两个输入信号被分别送入差动放大器的两个输入端口。
当有差异信号输入时，即两个输入信号的幅度不相同或相位不同，差动放大器会放大这种差异，并输出一个放大后的差动信号。
差动放大器通常由一个差动对和一个输出级组成。
差动对通常由两个晶体管或场效应管构成，这两个管子会分别放大两个输入信号。
输出级则用来将输入信号的差动信号转换成单端信号，以便输出到其他电路中。
从工作原理上来看，差动放大器利用两个输入信号之间的差异来实现放大效果。
这种差异可以是输入信号的幅度差异或者相位差异。
在输入信号的共模信号上放大器会进行抑制，以便提高输出信号的纯净度。
通过合理选取差动放大器的工作参数和外围元件，可以调整差动放大器的放大倍数、频率响应和输入输出阻抗等性能。
差动放大器常用于信号处理、音频放大、通信系统以及精密测量等领域，其优点包括高增益、低噪声、抗干扰能力强等。
总之，差动放大器通过放大不同输入信号之间的差异，实现对差动信号的放大和抑制共模信号的功能，从而提高放大器的性能和抗干扰能力。
它是一种常用的电子放大器电路，用于各种信号处理和放大的应用中。
差动放大器DifferenceAmplifier
運算放大器是一種很有用的IC，實驗室所需要的電路大多可以用運算放 大器做出來。
1.1 差動放大器 Difference Amplifier 1.2 理想的運算放大器 Ideal Operational Amplifiers 1.3 簡易運算放大器電路 1.4 主動式積分器、微分器與濾波器 1.5 運算放大器的頻率響應 1.6 實密特觸發---正回授的例子
不含輸入阻抗的difference amplifier模型
+
-
Add out
Acc
d --
c
-
2
out Acc Add
如何求Ac與Ad？ 用線性疊加的概念。
求Ac時，令 d 0 ，即 c - out Acc 求Ad時，令 c 0 ，即 - - d out Add
c
1 2
d
-
c
-
1 2
d
out
A
A- -
A (c
1 2
d
)
A- (c
-
1 2
d
)
( A
A-
)c
( A
2
A-
)
d
out Acc Add oc od
共模增益 common-mode gain
差模增益 difference-mode gain
例題 a (t) 0.010cos(2 400t) 0.20cos(2 60t)
b (t) -0.010cos(2 400t) 0.20cos(2 60t)
差模放大倍数计算公式
差模放大倍数计算公式
1.差动放大器：
差动放大器是一种基本的差模放大器电路，其差模放大倍数（即增益）可通过以下公式计算：
在普通差动放大器中，差模放大倍数一般是差模电流和差模电阻之积。
具体的公式如下：
其中，差模电流为输入差模电流，共模电阻为输入共模电阻，单端输
出电流为输出电流。
2.仪器放大器：
仪器放大器是一种高精度的差模放大器电路，其差模放大倍数计算公
式较为复杂。
其中，高路增益表示输入信号的高路放大倍数，低路增益表示输入信
号的低路放大倍数，负反馈系数表示负反馈电阻与开环电阻之比。
3.运算放大器：
运算放大器是一种常用的差模放大器电路，其差模放大倍数一般非常大，可以近似为无穷大。
因此，运算放大器的差模放大倍数计算公式可以
简化为以下形式：
需要注意的是，以上公式仅适用于理想情况下，实际电路中会存在各
种非理想因素的影响，如偏置电流、温度效应等。
因此，在实际应用中，
需要根据具体的电路特性进行修正或采用更精确的计算方法。
实验3.7 差动放大器
108实验3.7 差动放大器一、实验目的（1）理解差动放大器的工作原理，电路特点和抑制零漂的方法。
（2）掌握差动放大器的零点调整及静态工作点的测试方法。
（3）掌握差动放大器的差模放大倍数、共模放大倍数和共模抑制比的测量方法。
二、实验设备及材料函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。
三、实验原理差动放大器实验电路如图3.7.1所示，其中晶体管T 1、T 2称为差分对管，与电阻RC1、R C2及电位器R W 共同组成差动放大的基本电路。
其中R C1=R C2，R W 为调零电位器，若电路完全对称，静态时R W 应处为中点位置，若电路不对称，调节R W ，使U o 两端静态时的电位相等（U o = 0）。
晶体管T 3、D 1与电阻R e3和R 2组成恒流源电路，可以为差动放大器提供恒定电流I 0。
两个R 1为均衡电阻，给差动放大器提供对称的差模输入信号。
由于电路参数完全对称，当外界温度变化，或电源电压波动时，对电路的影响都是一样的，因此差动放大器能有效的抑制零点漂移。
1、差动放大器的输入输出方式，如图3.7.1所示电路。
根据输入信号和输出信号的不同方式有四种连接方式。
（1）双端输入—双端输出：输入信号U i 加在U i1、U i2两端：U i =U i1-U i2；输出U o 取自U o1、U o2两端：U o =U o1-U o2。
（2）双端输入—单端输出：输入信号U i 加在U i1、U i2两端：U i =U i1-U i2；输出U o图3.7.1 差动放大器实验电路109取自U o1或U o2到地的信号：U o =U o1或U o =U o2。
（3）单端输入—双端输出：输入信号加在U i1上，U i2接地（或U i1接地而信号加在U i2上）；输出U o 取自U o1、U o2两端：U o =U o1-U o2。
（4）单端输入—单端输出：输入信号加在U i1上，U i2接地（或U i1接地而信号加在U i2上）；输出U o 取自U o1或U o2到地的信号：U o =U o1或U o =U o2。
差动放大器实验报告
计算机科学与技术学院实验报告课程：模拟电路实验姓名：学号：专业：物联网班级：1204时间：2013 年 12月18日实验六差动放大电路一、实验目的差动放大器的特点是静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，只是对输入信号的差（差模信号）作出相应，这些特点使之在电子设备中应用非常广泛。
集成运算放大器几乎都采用差动放大器作为输入级。
本实验的主要目的是加深对差动放大电路性能及特点的理解，学习差动放大电路主要性能指标的测试方法。
二、实验原理图1图1是差动放大器的基本结构。
它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。
当开关J2拨向左边时，构成典型的差动放大器。
调零电位器Rw用来调节T1和T2管的静态工作点，使输入信号Ui=0时，双端输出电压Uo=0。
R4为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
当开关J2拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器，用晶体管恒流源代替发射极电阻R4，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
1.静态工作点的估算对于典型电路，E BEEE E R VV I -≈（可以认为）E C2C1I 21I I == 而恒流源电路有E3BE EE CC 212E3C3R V )V (V R R R I I -++≈≈ C3C1C1I 21I I == 2. 差模电压放大倍数和共模电压放大倍数当差动放大器的射极电阻R4足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad 有输出方式决定，而与输入方式无关。
双端输出时，R4等于无穷大，Rw 在中心位置，而β)Rw (121r R βR △V △V A beB C i O d +++-== 单端输出时，d i C1d1A 21△V △V A == d i C2d2A 21△V △V A -== 当输入共模信号时，若为单端输出，则有E C E P be B C i C1C2C12R R )2R R 21β)((1r R βR △V △V A A -≈++++-=== 若为双端输出，在理想情况下有0△U U △A io C == 实际上由于元件不可能完全对称，因此Ac 也不绝对等于零。
差动放大器
①
②
2.测量差模放大倍数Ad
在①—②间加入差动信号测量不同输入时（±0.1V， ±0.2V，…，±0.5V）电路的输出电压，并检验URE有 无变化
±0.1V ±0.2V ±0.3V ±0.4V ±0.5V
Uo (V) URE (V) UCE1(V) UCE2(V)
Ad
测量差模放大倍数实物连线
3.测量共模抑制比
Ac
Ui U O(V) URE(V)
0.3V
0.5V
测量共模抑制比实物连线
二、实验仪器及设备
用万用表 直流档观 察输出
Ｋ打到 左侧
测 量 值
UC1 (V)
UB1 (V)
UE1 (V)
UC2 (V)
UB2 (V)
UE2 (V)
URE (V)
IC(mA) 计算值
IB(mA)
UCE(V)
测量静态工作点实物连线
RW
2.测量差模放大倍数Ad
在①—②间加入差动信号测量不同输入时（±0.1V， ±0.2V，…，±0.5V）测量电路的输出电压，并检验 URE有无变化
差动放大电路实验电路
1.测量静态工作点
接通正、负电源后， 接通正、负电源后，将①、②两端与地短接， 两端与地短接， 即在△Ui=0的情况下调节RP,使 的情况下调节RP, 即在△Ui=0的情况下调节RP,使Uo= 0.
①
②
1.测量静态工作点
接通正、负电源后， 接通正、负电源后，将①、②两端与地短接，即在 两端与地短接， Ui=0的情况下调节RP,使 的情况下调节RP, △Ui=0的情况下调节RP,使Uo= 0.
《电气实验技术（2）》 电气实验技术（ ）
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电工电子实验中心
差动放大器
实验三 差动放大器一、实验目的1、加深对差动放大器性能及特点的理解。
2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法。
3、加深对差动放大器工作原理的理解。
二、实验原理图4－1是差动放大器的基本结构。
它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。
当开关K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。
调零电位器R P 用来调节T 1、T 2管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压U O ＝0。
R E 为两管共用的发射极电阻， 它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
图4－1 差动放大器实验电路当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。
它用晶体管恒流源代替发射极电阻R E ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
1、静态工作点的估算典型电路EBEEE E R U U I -≈（认为U B1＝U B2≈0） E C2C1I 21I I ==恒流源电路E3BEEE CC 212E3C3R U )U (U R R R I I -++≈≈C3C1C1I 21I I == 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数当差动放大器的射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A d 由输出端方式决定，而与输入方式无关。
双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时，Pbe B CiO d β)R (121r R βR △U △U A +++-== 单端输出d i C1d1A 21△U △U A ==d i C2d2A 21△U △U A -==当输入共模信号时，若为单端输出，则有若为双端输出，在理想情况下0△U △U A iOC ==实际上由于元件不可能完全对称，因此A C 也不会绝对等于零。
3、 共模抑制比CMRR为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比 cd A A CMRR =或()dB A A20Log CMRR c d =差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。
差动放大器的原理及四种连接方法_下_
电子报/2011年/5月/22日/第010版电子职校差动放大器的原理及四种连接方法(下)江苏顾振远(接上期)3.晶体管恒流源电路用差动放大器抑制零点漂移的方法就是“加入”Re，如上所述Re愈大，克服零点漂移的效果愈好，但Re愈大，需要的电源Ee愈高。
我们一方面希望Re大，一方面又希望Ee低一些。
在这种情况下，可使用晶体管来代替Re，这种电路称为晶体管恒流源差动放大电路，如图3所示。
图3中R1和R2是分压电阻，为T3提供正向偏置，以固定基极电位Ub3。
当温度升高使Ic1、Ic2增加时，Re3两端的电压也要增加，但由于Ub3为固定值，Ube3就要下降，Ib3随之减小，因此抑制了Ic3的上升，保持了Ic3的不变。
则Ic1、Ic2就不能增加，从而使管子的输出uol和u02几乎不变。
4.共模反馈型如果一级差动放大倍数不够，就得采用多级进行放大，图4是一个高放大倍数放大器的前两级，为了提高共模抑制比和减小输出的漂移，引进了共模反馈。
当输入端有共模信号时(输入端的漂移或外界共模干扰)，Ic1、Ic2将同时变化。
如果Ic1、Ic2都减小了，则第二级T4、T5管的Ie将增大，Ub3随之升高。
如果用Ub3控制T3的基极，则Ic3将增加一些，从而Ic1、Id2回升，使Ic1、Ic2的变化趋势被削弱，这样每个管子输出电压的漂移也就小了。
以上各种方法，在良好工艺措施保证下，差动电路的零点漂移可以作到10μV/℃以下。
5.差动电路四种连接方法的比较先将差动电路几种接法的主要性能列成附表。
从附表上可以看出一些规律:(1)凡是双端输出，放大倍数基本上和单管一样。
单端输出时放大倍数为单管一半。
(2)输出电阻在双端输出时为2RC，单端输出时为RC。
(3)输入电阻无论在双端输入还是单端输入时，均为2(Rbl+rbe)。
(完)附表。
第三章差动放大器
平衡电阻： R2 = R1 // R f
Rf Auf 1 R1
特点： 1. 为深度电压串联负反馈， Auf = 1 + Rf /R1 2. uP = uN ，“虚短”仍成立，但 “虚地”不成立
特殊地：
当 R1 = ，Rf = 0 时， Auf = 1
跟随器
同相器
§3-4
集成运算放大器的应用电路
ui2 = 0
ui1 使：
uo1
Rf ui1 R1
ui1 = 0
（ ui2 使： u o 2 1
R R
f
f
）（
1
R2
R
3
R
） i2 u
3
则： 减法运算电路 平衡电阻： R1//Rf=R2//R3
u
o
u o1 u o2 (1
R R
)(
R R
2
3
1
R
) ui 2
3
单门限电压比较器可实现波形的变换
ui
单门限电压比较器
0 t
把正弦波变为矩形波 单门限电压比较器的特点： 电路结构简单、灵敏度高，但是抗干扰能力差
2、双门限电压比较器
输出电压uo经Rf和R1分压加到同相输入端，为 电路引入了正反馈 集成运放工作在非线性区。
当uo=+Uom时，门限电压用UP1表示
U
共模抑制比CMRR
开环差模电压放大倍数
Auo
开环差模电压放大倍数简称“开环增益”，开环 状态下，输出电压Uo与输入差模电压（Ui1-Ui2）之比， 即Auo=Uo/（Ui1-Ui2）。Auo越大，器件的性能越稳定， 其运算精度也就越高。
输入失调电压Uio
一文解析差动放大器电路原理
一文解析差动放大器电路原理运算放大器广泛应用于各类型电子产品上面，用来对模拟量信号进行放大或衰减，使信号幅值达到一个合理的区间，供其它电路进行比较或采样。
差动放大器具有一个普通放大器不具备的优点：可对一个或多个不共地的信号进行检测，各个被测信号或放大器皆不受非等电位带来的影响，使各个被信号与放大器之间继续保持着“隔离”特性。
但这个这么好的优点却没有被仪器厂家重视。
目前绝大多数的示波器都无法对两个以上不共地信号进行同时检测，甚至只使用单通道时也无法直接测量非隔离的信号，例如220V市电，或220V整流后的电压，因为探头的地跟交流电地线是通的，一测就是短路。
假如前级采样采用差动放大器电路形式，此问题迎刃而解了。
不过福禄克的示波表倒是支持测量不共地信号，但它是不是用的差动放大电路，我就没去研究过了。
下图是整流器电压的采样电路，根据科技先躯们的经验，当两输入电阻相等，两反馈电阻也相等时（姑且把同相端电阻也称为反馈电阻），电路的放大比例为RF/RI，下图为10/1000，即0.01倍，衰减型电路。
教科书上的公式推导过程我看来看去硬是看不明白，数学没学好是我的硬伤，但我相信公式是正确的，因为我用我自己的理解方式计算过，也实验过，放大比例确实是RF/RI，下面我就分享一下我的推导方法，也是各电压点的计算方法，但是要注意的是，这个计算方法是针对被测信号与放大器不共地的时候用的，在共地的时候计算法又不同，后面我会讲到。
图中，受测电压为540VDC，上正下负。
我们知道，运放工作在放大区时，正反输入端电压是相等的（理想状态下完全一致，实际有少许偏差，偏差值由运放品质决定），即虚短，那受测信号的负载电流可以等效于右图，我们由此计算出受测信号回路电流，540V/2000K=0.27MA，红色箭头为电流方向，OK。
我们还知道，运放还有虚断特性，即正反输入端的电流几乎为0，可以忽略不计，那我们就可以断定，流经两输入电阻的电流与流经两反馈电阻的电流是一样的，即4个电阻的电流都为0.27MA。
差动放大器的工作原理
差动放大器的工作原理
差动放大器是一种基本的放大电路，通过将两个输入信号取差值来实现放大功能。
差动放大器通常由两个输入端，一个共模输入端和一个输出端组成。
差动放大器的基本工作原理如下：
1. 输入信号：将两个输入信号分别连接到差动放大器的两个输入端，分别称为正相输入和负相输入。
这两个输入信号可以是不同的信号源，也可以是同一个信号的不同相位。
2. 差模和共模信号：差动放大器将输入的两个信号进行差分运算，产生的差分信号称为差模信号。
同时，差动放大器还将两个输入信号的平均值称为共模信号。
3. 差分放大：差动放大器通过差模信号进行放大，并将放大后的信号发送到输出端。
差动放大器的放大倍数由电路的设计决定，可以通过选择合适的电阻和晶体管来调整。
4. 共模抑制：差动放大器的一个重要特点是它能够抑制共模信号。
共模信号通常是来自于干扰源或者信号源的共同部分，如电源噪声或环境干扰。
差动放大器的电路设计能够选择性地放大差模信号，而对共模信号进行抑制，从而提高信号的质量和可靠性。
5. 输出信号：放大后的差模信号通过输出端口输出，可以连接到其他电路或设备进行进一步处理。
差动放大器的工作原理是基于差分放大和共模抑制的原理。
差动放大器将输入信号进行差分运算，并通过设定的放大倍数放大差模信号，同时抑制共模信号。
这个特性使得差动放大器在许多应用中非常有用，如抑制噪声、增强信号质量和差分传输等。
电子电路中的放大器有哪些常见类型
电子电路中的放大器有哪些常见类型在电子电路中，放大器是一种用于增加电压、电流或功率的设备。
放大器广泛应用于各种电子设备中，例如音频放大器、功放、射频放大器等。
本文将介绍电子电路中常见的放大器类型。
一、运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）运算放大器是一种差分输入的直流耦合放大器，具有极高的开环增益和输入阻抗，常用于模拟电路和某些数字电路中。
运算放大器的输出与输入之间存在线性关系，可以通过外部电路元件调整增益和频率响应。
它通常具有多个引脚，包括正输入端、负输入端和输出端。
二、晶体管放大器（Transistor Amplifier）晶体管放大器是一种使用晶体管作为放大元件的放大器。
它可以分为两种类型：BJT（双极性结型晶体管）放大器和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）放大器。
1. BJT放大器BJT放大器是基于双极结型晶体管的放大器，根据放大器的连接方式和电路配置不同，可以分为共射极放大器、共基极放大器和共集极放大器等。
共射极放大器是应用最为广泛的一种类型，具有较高的电压增益和较低的输入阻抗。
2. MOSFET放大器MOSFET放大器是基于金属氧化物半导体场效应晶体管的放大器，也可以根据电路连接方式分为共源极放大器、共栅极放大器和共漏极放大器等。
MOSFET放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于高频率放大应用。
三、运算式放大器（Integrated Operational Amplifier）运算式放大器是一种集成的运算放大器，在单片集成电路中内建了多个运算放大器。
它的引脚布局和功能与独立运算放大器相似，但集成度更高，能够在小体积的芯片上实现多个放大器。
四、差动放大器（Differential Amplifier）差动放大器是一种特殊的放大器，具有两个输入端和一个输出端。
它能够放大两个输入信号之间的差异，常用于抑制共模干扰和增强信号传输质量。
差动放大器通常用于模拟信号处理和通信系统中。
差动放大器
R1 C1
Vin Iin
C2 Vout
R2
RE
RL
摘要
共集極放大器
功率增益是輸入阻抗的功率除以在負載的功率消耗的比 值。功率增益的大小約等於電流增益
你可寫出增益的比值約
等於電阻的比:
VL2
Ap
PL Pin
Vin2
RL
Av2
Rin(tot ) RL
Rin(tot )
1
Rin(tot ) RL
電子學
第八版
Floyd
第六章
摘要
交流數值
V
斜體的下標字表示交流數
值，除非有特別註明交流
rms
數值都是有效值。
avg
VCE
如圖所示在集極一射極的
電壓波形顯示的具體例子
注意直流成分是VCE 和交
流成分是 Vce。
0 0
Vce Vce vce
在用交流觀點分析時電阻也用小寫表示。
Vce Vce
t
摘要
線性放大器
一個線性放大器產生的是類似輸入信號的輸出信號。
Vb
VBQ
R1
+VCC
Ic ICQ RC
Rs Vs
C1
Ib
IBQ
R2
Vce
C2
VCEQ
RE
RL
對放大器的波形顯示，注意到輸入和輸出波形是反 相，但有相同的形狀。
摘要
交流負載線
線性放大器可以使用交流
負載線來做圖解說明。
IC
Ib IBQ
交流負載線和直負載
Ic
15.4
W
VCC
+15 V
差动放大器工作原理
差动放大器工作原理
差动放大器是一种电子放大器，其工作原理基于对输入信号进行差分放大。
差动放大器通常由两个晶体管组成，一个被称为"P"，另一个被称为"N"。
当有信号输入到差动放大器的"P"晶体管的基极时，该晶体管会放大信号并输出到一个加载电阻上。
当信号输入到差动放大器的"N"晶体管的基极时，该晶体管也会放大信号并输出到相同的加载电阻上。
差动放大器的输出信号是两个晶体管的输出信号之间的差值，称为差分电压。
这个差分电压是信号输入和两个晶体管之间的共模信号的差异，即输入信号与两个晶体管输出信号的平均值之间的差异。
由于差动放大器通过差分放大的方式工作，它可以抑制输入信号中的共模噪声。
共模噪声是同时出现在两个信号引脚上的噪声，如果它们都被放大并输出，会对系统的性能造成影响。
通过差模信号在两个晶体管之间的差异，差动放大器可以有效地抑制共模噪声，并提高信号的纯度和质量。
此外，差动放大器还可以通过匹配输出电阻和输出缓冲阶段来提高放大器的功率和驱动能力。
综上所述，差动放大器通过差分放大的方式工作，可以抑制共模噪声，提高信号质量和性能。
它在许多应用领域，如音频放大器、仪器放大器和通信系统中得到广泛应用。
差动放大器
+u i1 +
T2 Rb ui2 -
i Re
_V
Re
EE
RL β ( Rc // ) 2 Au d = − Rb + rbe
Rid = 2( Rb + rbe )
Auc = 0
Ro = 2 Rc
五. 带恒流源的差动放大电路
加大R 加大 e，可以提高共模抑 制比。为此可用恒流源T 制比。为此可用恒流源 3来 代替R 代替 e 。 恒流源的作用
两个输入、 两个输入、两个输出
+ uo – T1 T2
RC RB2 RB1 + ui2 –
两个电路的参 数完全对称， 两个管子的温 度特性也完全 对称。
2. 差分放大电路工作原理 Ucc
Rb2
Rc1 Rb1
U0
Rc2
c1 + _ c2
两个电路的参 数完全对称， 两个管子的温 度特性也完全 对称。
Ui1
Uod＝Uc1－Uc2 以增加电路复杂为代价， ＝ 2 Uc1（或 U 以增加电路复杂为代价，换取性能良好-2 c2） 电路对称，中间某一点电位为零，该点在 Uid＝2Uid1 R ／2处
L
=U A U
ud
od id
= 2U 2U
c1 id1
=U U
c1 id1
=
A
u1
≈−
β R′L
r
be
差模输入电阻： 差模输入电阻： Rid = 2(Rb + rbe )
_V
EE
原因: 原因:
直接耦合使得各级Q点互相影响，如前级 点发生变化 点发生变化， 直接耦合使得各级 点互相影响，如前级Q点发生变化， 点互相影响 则会影响到后面各级的Q点 由于各级放大作用， 则会影响到后面各级的 点。由于各级放大作用，第一级微 弱变化将经多级放大器的放大，使输出端产生很大的变化。 弱变化将经多级放大器的放大，使输出端产生很大的变化。 阻容耦合中，由于电容的隔通交作用，零漂不是 不是主要问 阻容耦合中，由于电容的隔通交作用，零漂不是主要问 题
运算放大器的工作原理
运算放大器的工作原理
运算放大器是一种电子电路器件，通常用于放大和处理信号。
它的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 输入信号：从输入端引入待放大的信号，通常为电压信号。
2. 输入级：输入信号经过一个输入级，该级通常由一个差动放大器组成。
这个放大器通过增大输入信号的幅度，提供了与输入信号相同的放大倍数。
3. 差动放大器：差动放大器由两个相同但取反的输入端和一个输出端组成。
它的工作原理是通过比较两个输入信号，并放大它们之间的差异。
通过这种方式，差动放大器可以抵消输入信号中的共模噪声，从而提高信号的质量。
4. 中间级：放大后的信号进入一个或多个中间级，每个中间级都由放大器组成。
这些级别进一步增加信号的幅度，并可能对信号进行滤波和调整。
5. 输出级：最终放大后的信号通过输出级输出。
输出级通常由一个功率放大器组成，可以提供足够的功率来驱动负载。
需要注意的是，运算放大器还可以通过外接反馈回路实现各种功能，例如放大、求和、滤波、积分等。
这种反馈回路通过将一部分输出信号返回到输入端，可以控制和调整运算放大器的放大倍数和频率响应。
这使得运算放大器成为了许多电子设备和系统中不可或缺的组成部分。
差动放大器原理
差动放大器原理差动放大器原理是电路设计中非常重要的一部分，它有广泛应用于许多领域，包括通信、自动控制、音频放大器等。
差动放大器是一种具有两个输入端口和一个输出端口的放大器，它可以将两个不同电压的信号进行放大，同时去除它们的共模信号，从而得到一个纯净的差分信号。
在差动放大器中，信号输入到两个输入端口，其中一个端口是正极性的，另一个是负极性的，这两个输入信号之间的差异就是差分信号。
差分信号经过放大器的放大后，输出到输出端口。
差动放大器可以放大差分信号，并抑制共模信号，这使得差动放大器成为一种高度抗干扰的电路设计。
差动放大器的抗干扰能力非常强，这是因为它可以消除两个输入信号的共模信号。
共模信号是指两个输入信号中的相同部分，例如，当两个信号都受到相同的干扰时，它们就会产生共模信号。
如果共模信号不被抑制，它会被放大器误认为是差分信号，从而引入噪声和干扰。
在差动放大器中，放大器输入端的阻抗是非常高的，这使得它能够接受来自不同信号源的信号，并将它们放大到相同的电平。
此外，差动放大器还具有非常高的增益，这使得它可以放大非常小的差分信号，从而提高系统的灵敏度。
当我们需要设计一个差动放大器时，需要考虑许多因素。
首先，我们需要选择适当的放大器类型，例如，我们可以选择普通的晶体管差动放大器或者是运算放大器差动放大器。
其次，我们需要选择适当的电阻和电容数值，以及正确的电源电压和放大器增益。
最后，我们需要考虑差动放大器的抗干扰能力和信号完整性。
差动放大器是电路设计中非常重要的一部分，它可以抑制共模信号，提高系统的灵敏度和抗干扰能力，从而使电路更加稳定和可靠。
在实践中，我们需要注意差动放大器的设计和调试，以确保它能够满足系统的要求。
差动放大器
输出级：与负载相接。 要求：其输出电阻低，带负载能力强，能输出足够大 的电压和电流，并有过载保护措施。 电路形式：一般由互补对称电路或射极输出器构成。 偏置电路：为上述各级电路提供稳定和合适的偏 置电流，决定各级的静态工作点，也可以作为有源负 载提高电压增益，输入级设置一个电流值低而又十分 稳定的偏置电流。 电路形式：各种恒流源组成。
模拟IC：集成运算放大器、集成功率放大器、集成高频放大器、 集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳压器、集成 A/D和D/A转换器、集成锁相环。
2、按有源器件：双极型
单极型
集成电路的种类很多，分类方法有以下几种： 1．按集成度的高低，如上所述，集成电路可分为小规模、中规模、大规模
和超大规模四类。
K CMR Auc Aud
Aud与Auc比值的绝对值记为KCMR ，则 A ud u od u id ；
实验结果表明，│Aud│ │Auc│（>>，≈，<<）或KCMR （>>1，≈1，<<1）， 即差动放大电路对差模信号的放大能力 （远大于/基本接近于/远小于）对共模信 号的放大能力。
二、特点 1、在集成工艺下，元器件参数精度不高，但对称性 好，适宜做差动放大电路。 2、集成电路不适于制造大于几十皮法以上的电容和 电感，故电路间采用直接耦合。 3、在集成电路中，制造三极管（NPN）比制造大电阻 和二极管方便。所以常用三极管代替大电阻、二极管。 4 4、集成电路中的PNP三极管一般做成横向的。所以 β 很低 ≤10 ， 这时β ≠β +1。
e0
R
I C1
当Re1与Re0相差不太大时，可以 认为UBE1≈UBE0，则有 IE1Re1≈IE0Re0≈IREFRe0
第4章 差动放大器
Vb
M3
R1
R2
A
B
M1
M2
IS
Vo2 Vi2
分两种情况分析：1）共模信号输入；2) 差分信号输入
14
4.2 基本的差分对
共模信号的有效输入范围
问题：为了保证电路正常工作，VIC能为任意的输入电 压吗，输入的有效范围多大呢？
假设共模电平VIC=0V的电压,会怎么样 为了保证电路正常工作， 确定VIC的有效输入电压范围 的原则：保证M1、M2、M3工作的饱和区。
考察图(b)，所有晶体管均处于饱和区，选 择合适的器件尺寸，使VGS2=VGS4，若选择
M3~M4消耗的电压余度最小(M3与M4过驱动 电压之和)，且可以精确复制IREF（VDS3=VDS1）。
2020/3/17
共源共栅电流镜
4 4
三种电流镜的比较
图1 基本电流镜
输出摆幅大， 复制精度不高
图2 共源共栅电流镜
整理，
同理，可以得到只施加Vin2时总的电压增益为
应用叠加法，得到
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基本差动对
24 24
▪ 方法二
（半边电路）
辅助定理：考虑图中所示的对称电路，其中D1和D2 代表任何三端有源器件。假设Vin1从V0变化到V0+ ΔVin， Vin2从V0变化到V0-ΔVin，那么，如果电路 仍保持线性，则Vp值保持不变。假定λ＝0。
由此可以发现，输入共模电平Vic越高，其输出压摆 则越小，所以为了增大单端输出压摆，应选择相对 小的Vic。
17
❖差模特性
（假定Vin1-Vin2 从-变化到+ ）
▪ Vin1比Vin2更负，M1截止， M2导通，ID2=ISS，因此 Vout1=VDD, Vout2=VDD-RDISS
差动放大器及其原理图
差动放大器，差动放大器电路图及工作原理2011年05月26日15:55:17差动放大器，差动放大器电路图及工作原理差动放大器相关资料：差动放大器的特点是静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，它唯独对输入信号的差（差模信号）做出响应，这些特点在电子设备中应用很广。
集成运算放大器几乎都采用差动放大器作为输入级。
这种对称的电压放大器有两个输入端和两个输出端，电路使用正、负对称的电源。
根据电路的结构可分为：双端输入双端输出，双端输入单端输出，单端输入双端输出及单端输入单端输出四种接法。
凡双端输出，差模电压增益与单管共发放大器相同；而单端输出时，差模电压增益为双端输出的一半，另外，若电路参数完全对称，则双端输出时的共模放大倍数=0，其实测的共模抑制比将是一个较大的数值，愈大，说明电路放大的是电压，不能放大电流。
放大多少倍都可以，可以用多级放大。
不过单级最好不要超过100，否则容易引起信号失真。
抑制共模信号的能力愈强。
差动放大器电路图及工作原理基本差动放大电路：下图为差动放大器的两种典型电路。
其中左图为射极偏置，右图为电流源偏置差动放大电路图（a）射极偏置差放（b）电流源偏置差放差动放大电路有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。
双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。
双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。
因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。
上面两个差动放大器电路均为双端输入双端输出方式。
差动放大电路的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。
当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号vI1、vI2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。
此时，外输入信号称为差模输入信号，以vId表示，且有：当外信号加到两输入端子与地之间，使vI1、vI2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以vIC表示，且：当输入信号使vI1、vI2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc 两部分组成，其中根据上述，可得到下图的统一的简化差动放大电路。
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实验报告：学号：2010210979 姓名：葛宝瑞班级：0221002 实验一：CS放大器
一．实验步骤：
打开位于桌面上的快捷方式,点击POWERED ON 之后,弹出此界面在用户名中输入：tang，之后会弹出类似界面，输入密码：123456,点击icfb.sh,选择在终端中运行;
2、选择File>New>Library,新建自己所用library；输入一个英文名,然后点击OK;之后选择Attach to an existing techfile 的选项，点OK,再Technology Library 选项里面选择NCSU_Techlib_tsmc02d这个选项；这样就建好了一个library；
3、选中自己所建的library后,点击File_New,新建自己所需要的cell New File；这里选择建立一个名(不可中文),然后就出现了电路图的设计界面;
4、点击Add ，选择Instance 的界面，点击Browse，选择analogLib（这是一个应用的元器库）在cell框中选择nmos4；同时在view框中选择symbol格式，这时这个四段nmos器件就选择好了，然后我们设置器件model name为mn，宽度（Width）预设为4u;长度为1u，这个器件的初始值变设置好了；以同样的方法选取pmos4；如果需要改变参数,选中器件后,点击快捷键q，就进行更改；
5、选择gnd（地端），Vdd（高电位），用导线将器件链接好；点击pin键，在pin name里面写上端口的名字，是vin，代表输入端口;要注意下面要选择端口类型，选择input;然后同样的方法将输出端口名为vout,端口类型为output；最后vb端其类型也为input；
6、类似于4的方法建立工作电源：选择3个vdc，需要的直流电压源,设置电压源的初值为5v，3.8v,1v;再来设置小信号，我们设置初值为1v就差不多能够满足其饱和的需求。
而小信号我们采用的是vsin正弦波信号，其ac magnitude为1v,方便我们比较信号的放大倍数；而amplitu为1mv；频率为10kHZ；之后按照下图所示接好所选元器件，同时设定好参数，这样就连好了电路；同时操作注意：点击Esc,为放弃器件选择，也能代表放弃此次操作；还有COPY对元器件的复制操作，先点击COPY之后选择要复制的元器件，左击，然后放到你要的位置，再次左击放置；
二．参数设定:
已知vdd=3V, 输出摆幅2.7V，电流为10uA.
所以两管消耗的过驱动电压共0.3V，每个管0.15V。
设置偏置电压V out=1.5V,pmos的阈值电压为1V，|Vds|>|Vgs-Vth|,所以Vgs<1.15V,我们可以取vb=1.8V,直流工作电流为10uA,可以仿出P管宽长比。
NMOS的阈值电压为0.7V,保证工作在饱和区即可，去除加在V out处的电压。
可以取vin=0.9V仿出N管宽长比。
仿瞬时要加小信号1V，频率10k。
根据Av=V out/Vin,求出增益。
三．电路的仿真
1、确定设计的电路无误后，我们就可以进行仿真的实验。
首先选择Tools>Analog Environment,进入仿真设置的界面。
选择setup>Model Library选项，选择选项卡的右下角browse（浏览）按钮，选择csmc05库文件，之后双击csmc05,选择后缀名为scs 的文件，点击ok，然后在section中输入tt,点击Add，点击OK，这样仿真环境就设置好了；
2、此再进行宽长比的扫描，确定实际宽长，设定工作的电流I为10uA， vout处接 1.5v直流；然后进行dc仿真，选择Analyses>dc>component paramerer>select component选择器件nmos4,点击w然后点击OK；再选择开始为1um,结束为20um；然后点击outputs>to be plotted ,选择源极电流，对电流进行扫描，然后点击netlist run进行扫描；之后再做M1的宽长比的扫描，方法与扫描M0的类似；
扫描的结果如下图：图1 为MO的实际宽度结果
W=7.8u
图2 为M1的实际宽度结果
W=22.6u（设定为两个并联，各11.3u）
（图一）PMOS
（图二）NMOS
四．瞬态（tran）仿真
选择Analyses>tran，设置扫描的时间（stop time）为1ms.然后点击outputs>to be plotted 输出选择vout 节点；得到输出的波形。
五.交流（ac）仿真
选择analyses>ac；选择扫描频率（frequency）范围为1k到100M，然后点击outputs>to be plotted端选择vout得到输出波形；
实验二：差动放大器
一．参数设定
已知Vdd=3V,输出摆幅2.4V，尾电流20uA.
所以假设N和P管的过驱动电压为（3-2.4）/3=0.2V,要使P管工作在饱和区，就保正|Vds|>|Vgs-Vth|，|Vgs|<0.9V,可以取vb=1.8（g点电压）。
其次是N管保证工作在饱和区，首先M2，M3由于源极电压不为0，所以有体效应。
对于M2，M3管Vds>Vgs-Vth,1+0.2+0.2>Vgs,可以取Vg=1.35V.为保证M4工作在饱和区，0.2>Vg-0.75,可以加Vg=1V.
二．电路的仿真
首先要测出M4宽长比，可以加0.3V的工作电压，让其处于饱和区,选电流为20uA，得W=13.6uM。
在测出M0，M1宽长比，由于同时模拟所以设置变量，同时测量。
可以加一个1.5V的源极电压，使其工作在饱和区，选电流10uA,得W=7.8uM。
再测M2，M3宽长比，选择变量模拟，选电流为10uA，得W=18uM。
三．瞬态（tran）仿真
选择Analyses>tran，设置扫描的时间（stop time）为1ms.然后点击outputs>to be plotted 输出选择vout 节点；得到输出的波形。
加一交流小信号，电压1V、频率10KHz、1m（amplitude）。
四.交流（ac）仿真
选择analyses>ac；选择扫描频率（frequency）范围为1k到100M，然后点击outputs>to be plotted端选择vout得到输出波形；
五．增益、相位仿真
3db带宽为最大增益减3。
在做之前先要瞬时才行。
极点相位136.6度，符合要求。