课件7-差动放大电路[4页]
第13讲--差动放大电路课件
+ T1 RC1 uBE1
－ iE1
RS2 －
+ uod －
+
+
uo1
uo2
－
－
RE iE
iC2
iB2 T2
RC2
+
uBE2 －
iE2
❖ 由三极管e极电流与e极电压指数关系，电流方程：
iC1
iE1＝I ES
exp( u BE1 UT
)
iE iE1 iE2 iC1 iC2
iC 2
iE2＝I ES
2024/10/10
电子电路基础
第十三讲 差动放大电路 （1）
1
主要内容
7.1 基本电路及特征分析 7.2 双端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.3 单端输入、双端输出差动放大电路旳特征 7.4 单端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.5 有源偏置差动放大电路
2
零点漂移
❖ 放大电路无输入时，还有缓慢变化旳电压 输出旳现象为零点漂移
(2)先求rbe,再用前述公式
rbe
rbb
UT ICQ
134 100 26 1.1
2.5(k)
ASD
RC1 //( RL / 2)
RS1 rbe1
100 5 // 5 71
1 2.5
VCC
iC1
iC2
RC1
RL
RC2
Ri 2(RS1 rbe1)
2 (1 2.5) 7(k)
❖ 增大发射极电阻RE旳阻值，线性范围增大
uo1, uo2
uo2
uodm
uo1
RE 小
RE 大
uid
0
电压传输特性
南邮模电 第四章 差动放大电路和功率放大电路
RC
＋
V1 ＋ Uid1 － －
Uid2
V2
Uid=Uid1-Uid2
－
＋
11
图4―13基本差动放大器的差模等效通路
U od 1. 差模电压放大倍数 Aud U id 在双端输出时 U od U od 1 U od 2 2U od 1 2U od 2
U id U id1 U id 2 2U id1 2U id 2
＋
~ U i1 U i 2 2 ~ U i1 U i 2 2
~
RE －UEE
U i1 U i 2 2 2
~ U i1 U i 2
32
双端输出时： Uo AudUid Aud (Ui1 Ui 2 )
1 单端输出时： U o1 AudU id Auc (单)U ic 2 1 U o 2 Aud U id Auc (单)U ic 2
6
图4―12 基本差动放大器
RC UC1 U i1 ＋ V1
RL Uo － V2
RC UC2
U CC
U CE1Q U CE 2Q U CC 0.7 I C1Q RC
U C1Q U C 2Q U CC I C1Q RC
静态时，差动放 大器两输出端之 间的直流电压为 零。
7
34
六、放大电路的四种接法
差动放大电路有两个输入端和两个输出端， 所以信号的输入端和输出端有四种不同的连 接方式，即（1）单端输入，单端输出；（2） 双端输入，双端输出；（3）单端输入，双端 输出；（4）双端输入，单端输出。图4.2.6 给出了电路图。
35
（a）双端输入、双端输出 （b）双端输入、单端输出
差动放大电路原理介绍
从电路结构上说，差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路组成。
由于电路具有许多突出优点，因而成为集成运算放大器的基本组成单元。
一、差动放大电路的工作原理最简单的差动放大电路如图7-4所示，它由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。
在该电路中，晶体管T1、T2型号一样、特性相同，RB1为输入回路限流电阻，RB2为基极偏流电阻，RC为集电极负载电阻。
输入信号电压由两管的基极输入，输出电压从两管的集电极之间提取(也称双端输出)，由于电路的对称性，图7-4 最简单的差动放大电路C2，即。
由以上分析可知，在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。
抑制零点漂移是差动放大电路最突出的优点。
但必须注意，在这种最简单的差动放大电路中，每个管子的漂移仍然存在。
2．动态分析差动放大电路的信号输入有共模输入、差模输入、比较输入三种类型，输出方式有单端输出、双端输出两种。
(1)共模输入。
在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，即，这种输入方式称为共模输入。
大小相等、极性相同的信号为共模信号。
很显然，由于电路的对称性，在共模输入信号的作用下，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。
说明差动放大电路对共模信号无放大作用。
共模信号的电压放大倍数为零。
(2)差模输入。
在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压，即ui1= -ui2 ,这种输入方式称为差模输入。
大小相等、极性相反的信号，为差模信号。
，导致集电极电位下降T2管的集电极电流减小，导致集电极电位升高(，由于 = ，若其输出电压为uo = Au(ui1- ui2).ui1 - ui2的差值为正，说明炉温低于1 000 ℃，此时uo为负值；反之，uo为正值。
我们就可利用输出电压的正负去控制给炉子降温或升温。
差动放大电路是依靠电路的对称性和采用双端输出方式，用双倍的元件换取有效抑制零漂的能力。
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第一节差动放大电路
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
差动放大电路(
§5、1差动放大电路(第三页)这一页我们来学习另一种差动放大电路和差动放大电路的四种接法一：恒流源差动放大电路我们知道长尾式差动电路，由于接入Re，提高了共模信号的抑制能力，且Re越大，抑制能力越强，但Re增大，使得Re上的直流压降增大，要使管子能正常工作，必须提高UEE的值，这样做是很不划算的。
因此我们用恒流源代替Re，它的电路图如右图所示：恒流源差动放大电路的指标运算，与长尾式完全一样，只需用ro3代替Re即可二：差动放大电路的四种接法差动放大电路有两个输入端和两个输出端，因此信号的输入、输出方式有四种情况。
（1）双端输入、双端输出它的电路的接法如图（1）所示：差模电压的放大倍数为：共模电压的放大倍数为：共模抑制比为：CMRR→∞(2)双端输入、单端输出它的电路接法如图(2)所示:差模电压的放大倍数为:共模电压的放大倍数为:共模抑制比为:(3)单端输入、双端输出它的电路接法如图（3）所示：这种放大电路忽略共模信号的放大作用时，它就等效为双端输入的情况。
双端输入的结论均适用单端输入、双端输出。
(4)单端输入、双端输出它的电路的接法如图（4）所示：它等效于双端输入、单端输出。
这种接法的特点是：它比单管基本放大电路的抑制零漂的能力强，还可根据不同的输出端，得到同相或反相关系。
三：总结由以上我们可以看出：差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模电压放大倍数与单管基本的放大电路相同；如为单端输出，它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半，输入电阻都相同。
下一节返回§5、2集成运算放大器集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路一：集成运放的组成它有四部分组成：1、偏置电路；2、输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路3、中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。
4、输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路二：集成运放的性能指标（扼要介绍）1、开环差模电压放大倍数 Aod它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。
电流源电路和差动(又称差分)放大电路
第3章 电流源电路和差动（又称差分）放大电路内容提要：本章首先讨论常用在集成运放中的几种电流源的形式及其主要应用，然后讨论差动放大电路的工作原理及计算。
本章重点：1．镜像电流源、比例电流源、微电流源、I o 和I R 的计算。
2．典型差动放大电路的工作原理及计算。
学习要求：1．掌握电流源电路结构及基本特性，主要包括基本镜像电流源、比例电流源、微电流源，会分析其镜像关系及其输出电阻。
2．掌握差模信号、共模信号的定义与特点。
3．掌握长尾型和恒流源共模负反馈两种射极耦合，差动放大器的电路结构、特点，会熟练计算电路的静态工作点，熟悉电路的4种连接方式及输入输出电压信号之间的相位关系。
4. 要求会熟练分析差动放大器对差模小信号输入时的放大特性，共模抑制比。
会画出微变等效电路，会计算A Vd 、R id、R od 、K CMR 。
5．会运用晶体管工作在有源区时的大信号特性方程i c =I s exp(V be /V t )分析研究差动放大器的差模传输特性。
了解基本的差动放大器线性放大的输入动态范围和扩大线性输入动态范围的办法。
6．定性了解差动放大器的各种非理想特性，如输入失调特性、共模输入电压范围等。
3.1 电流源电路3.1.1 三极管电流源电流源是模拟集成电路中广泛使用的一种单元电路，如 图3.1.1所示。
对电流源的主要要求是：（1）能输出符合要求的直流电流I o 。
（2）交流电阻尽可能大。
图3.1.1 三极管电流源电路第3章 电流源电路和差动（又称差分）放大电路·129·三极管射极偏置电路由V CC 、R b1、R b2和R e 组成，当V CC 、R b1、R b2、R e 确定之后，基极电位V B 固定（I b 一定），可以推知I c 基本恒定。
从三极管的输出特性曲线可以看出：三极管工作在放大区时，I c 具有近似恒流的性质。
当I b 一定时，三极管的直流电阻CQ CEQ CE I VR =，V CEQ 一般为几伏，所以R CE 不大。
基本差动放大电路
共模输入（干扰信号）
ui ui1 ui 2 0
I IC 2 差动放大电路对差模信号有放大作用， u0 UCE 1 UCE 2 0 UCE 1 UCE 2
C1
对共模信号有抑制作用。 0
AC
共模、差模同时输入
u id uid1 uid2 2 u id ui1 uic 2
(将反馈信号变为电流信号,与 输入电流Ii相减)
电压 Uo
四种连接方式:
(1)电流串联负反馈
(3)电流并联负反馈
(2)电压串联负反馈
(4)电压并联负反馈
二）、负反馈的类型及分析方法
负反馈的类型
电流串联负反馈 电压串联负反馈 负 反 馈 交流负反 馈 电流并联负反馈
电压并联负反馈
直流负反 作用：稳定静态工作点 馈
（2）负反馈：引入的反馈信号Xf削 弱了外加输入信号的作用，使放大电路 的净输入信号减小，导致放大电路的放 大倍数减小的反馈。 一般放大电路中经常引入负反馈， 以改善放大电路的性能指标。
2.判定方法
常用电压瞬时极性法判定电路中 引入反馈的极性，具体方法如下。 （ 1 ）先假定放大电路的输入信号 电压处于某一瞬时极性。如用“＋”号 表示该点电压的变化是增大；用“-”号 表示电压的变化是减小。
(2) 射极跟随器(电压串联负反馈)
+EC RB C1 C2
ui
ube
RE
u RL
f
u
o
ui = ube + uf
ube = ui - uf
其中uf = uo
符合公式：X d X i X f
性能： （1）放大倍数 1
（2）输入电阻大
差动放大电路.ppt
性相同，幅度也相同，
则是纯共模信号。如
果极性相同，但幅度
不等，则可以认为既
包含共模信号，又包
含差模信号，应分开
加以计算，如图06.07
所示。
图06.07共模差模信 号混合的情况
共模抑制比KCMR是差动放大器的一个重要
指标。
KCMR
Avd Avc
，或
KCMR
20 lg
Avd Avc
dB
双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端 输出时共模抑制比为
K CMR
R'L / 2( RB1 rbe ) R'L / 2Re
Re
RB1 rbe
(动画6-2)
3 带恒流源差动放大电路的分析
1 问题的提出
K CM RR
Ad AC
Avc
RB1
RC
rbe (1
)2RE
单端输出时，为提高共模抑制比，有两个途径，一是增大差模电压放大倍数，一
1 RB vi
RC 3 vo 4 RC RB
T3
A
RB2
RE
RB1
B
-VEE
电路分析
• 静态分析：从T3开始
பைடு நூலகம்
1 RB
VAB
R2 R1 R2
(VCC
VEE )
vi
IE3
VAB VBE RE 3
IC3
I E1
IE2
IC3 2
RC 3 vo 4 RC
VCC
RB RL
T3
A
RB2
模拟电子技术基础 3.3差分放大电路PPT课件
ic2 = ic1
而（对镜像源）：
二、双端变单端的转换电路
对共模信号：
ic4 = ic3 ≈ ic1
iL = ic4 – ic2 = 0
uoc = 0
ic2 = ic1
而
具有双端输出的效果！
3.3.4 差分放大电路的差模传输特性
O
ui
iC
iC1
iC2
I0
UT
-UT
4UT
采用 V3 管代替 R
4 FET管电流源
I0 = IREF
2、有源负载
以电流源取代电阻作放大电路的负载。
优点：既提高了电压放大倍数，又设置了合适的工作点。
一、电流源与有源负载
二、具有电流源的差分放大电路
二、具有电流源的差分放大电路
CMOS差分放大电路
V1、V2构成差放， V3、V4构成电流源作有源负载， V5、V6 、V7构成电流源提供偏置。
第3章 放大电路基础
3.1 放大电路的基础知识 3.2 基本组态放大电路 3.3 差分放大电路 3.4 互补对称功率放大电路 3.5 多级放大器
3.3 差分放大电路
3.3.1 基本差分放大电路
3.3.2 电流源与具有电流源的差分放大电路
3.3.3 差分放大电路的输入、输出方式
差分放大电路又称差动放大电路，简称差放，具有输出电压近似与两个输入电压之差成正比的特性，是集成运放中重要的基本单元电路。
3.3.3 差分放大电路的差模传输特性及应用
一、电路组成及静态分析
一般
3.3.1 基本差分放大电路
结构特点： 1 两个输入端，两个输出端； 2 电路结构和元件参数对称； 3 双电源供电； 4 RE是公共发射极电阻。
模电实验课件 差动放大电路(共11张PPT)
双端输出 放大倍数
VodVo1Vo2
Avd
Vod V sd
单端输出
放大倍数
Vo d 2Vo2Vo2 0
Avd 2
Vod 2 Vsd
差模双端输入
差模单端输入
差模单端输入计算公式 参照双端输入
差模单端输入
实验内容二
测量共模增益
如图,将电路接为共模输入方式 输入Vsc=1v 测填表2.27
共模输入
Re为两管共用的发 射极电阻，它对差 模信号无负反馈作 用，但对共模信号 有较强的负反馈作 用，可以有效的抑 制零漂，稳定静点。
调零电位器Rw用来调节
T1和T2的静点，使输入 电压Ui=0时，双端输出
电压Uo=0。
将两组都调为12V输出。将1组端(-)连2组 (+)，此为地端；1组(+)为+12V；2组(-)
双端输出 放大倍数
VocVo1Vo2
Avc
Voc V sc
单端输出 放大倍数
Vo2cVo2Vo2 0
Avc2
Voc 2 Vsc
共模输入
返回
实验内容三
观察大信号传输特性
将电路接为单端输入形式 在A点接入较大幅度正弦信号(信号源地接B点),频率
为1000Hz. 使示波器处于X-Y工作方式,并将输入信号作为X轴,
电路图分析 为－12V。第三组用来提供输入信号 实验当中使用了+12V和-12V的 双电源。直流源能提供三组独立直 流电压输出，具体连接如下。
调节信号幅度,观察传输特性曲线的变化 特点是共模抑制能力很强，但输出不是对地输出 差动放大是将输入信号差分为不同的两部分（差模信号），在电路当中利用成倍的器件，在放大差模信号的同时获得对共模信号的强烈的抑 制，从而有效地抑制干扰 如图,将电路接为共模输入方式 去掉输入端与地的短接线 去掉输入端与地的短接线 双端输出即将|Vo1-Vo2|作为电路输出。 调节直流电源,使Usd=0. 输出形式也有两种：双端输出和单端输出。 设在输入为0时，Vo1对地的电压为Vc1，则单端输出电压应为|Vo1-Vc1| 在放大电路当中，噪声和干扰一般都相同地作用在每个电路上（共模信号）。 差模单端输入计算公式参照双端输入 如图,将电路接为共模输入方式
差动放大电路
差动放大电路一、概述差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。
特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。
设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。
二、基本电路图差动放大电路的基本电路图上图为差动放大电路的基本电路图[1]三、差动放大电路的工作原理1、差动放大电路的基本形式对电路的要求是：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。
它的工作原理是：当输入信号Ui=0时，则两管的电流相等，两管的集点极电位也相等，所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。
温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下降，由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相等，其输出电压仍然为零。
它的放大作用（输入信号有两种类型）（1）共模信号及共模电压的放大倍数 Auc共模信号---在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。
如图（2）所示共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量减小，因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。
因此：。
于是差动电路对称时，对共模信号的抑制能力强字串3（2）差模信号及差模电压放大倍数 Aud差模信号---在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。
如图（3）所示差模信号的作用，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电压下降，T2管的集电极电压上升，且二者的变化量的绝对值相等，因此：此时的两管基极的信号为：所以：，由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。
差动放大电路
R o = Rc
理论计算
动态分析 3.单端输入 单端输入、 3.单端输入、双端输出 ' RL vo vo1 − vo 2 2vo1 2 β RL 差模电压增益： 差模电压增益：AVD = ′ = = =− RL = RC // vid vi1 − vi 2 vid Rid 2 共模电压增益： 共模电压增益： Avc = voc1 − voc 2 vic ≈ 0
(
)
共模抑制比： 共模抑制比： 输入阻抗 输出阻抗： 输出阻抗：
K
CMR
=
A A
vd
vc
→∞
Rid = 2rbe + (1 + β ) Rp; rbe = rbb ' + 26(1 + β ) / I C1Q
Ro = 2Rc
动态分析 4.单端输入 单端输入、 4.单端输入、单端输出
理论计算
' RL vo vo1 − vo 2 2vo1 β RL ′ RL = RC // = = =− 差模电压增益： 差模电压增益： AVD = 2 vid vi1 − vi 2 vid Rid
2011-6-13
理论计算
静态分析 当输入信号为零时： 当输入信号为零时： 由于没有输入信号，所以： 由于没有输入信号，所以： VB1=VB2=0V; VE1=VE2=0-0.7=-0.7V; VC3=VE1-0.5*IC3*0.5RP=-0.7-0.5*1.15*0.5*330=-0.79V 由于I 所以： 由于 C3 ≈ IE3， IE1 ＝IE2 ＝ 0.5 IE3，所以： IE1=IE2=0.5IE3=0.577mA; VC1=VC2=VCC-IE1*RC=12-0.577*10*1000=6.23V
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差动放大电路
南京信息职业技术学院
为什么选用“差动”的电路形式?
优点:1.阻容耦合放大电路结构简单，成本低， 2.静态工作点不互相影响，其应用十分广泛。
缺点:阻容耦合形式在集成电路中无法应用。
信号源 第一级
第二级
负载
C1 R1
RS
uS
ui R2
RC 1
C2
R3
RC 2 C 3 UCC
RE 1
uo1 ui 2
CE1
R4 RE 2
两级阻容耦合放大电路
CE2
u RL o
模拟电子技术基础2
集成运放电路各级之间由于均采用直接耦合方式 --用导线直接连接
优点:便于集成，
缺点:1静态工作点不再互相独立，调试较为复杂
2会引起零点漂移。
R1
ui
RC 1 c
b
c RC 2 b
UCC
eRE 1CE1e RE 2CE2
uo
两级直接耦合放大电路
模拟电子技术基础3
怎样抑制零点漂移?:
采用温度影响小的硅材料(已经使用) 采用直流负反馈稳定Q点(会减小增益) 采用差动式放大电路
何为差动?:
“有差能动”利用求差抵消零漂
模拟电子技术基础