差分放大器解决方案
三极管差分放大电路
三极管差分放大电路差分放大器是一种变换器，它可以将输入信号的差分模式放大到电路输出端的差分模式。
它的主要应用包括模拟信号处理，信号转换，线性放大等领域。
三极管差分放大电路是一种常见的差分放大电路，它采用了三极管作为放大元件。
本文将介绍三极管差分放大电路的器件原理，工作原理，以及其在实际电路应用中的优缺点。
三极管是一种常见的半导体元件，它有三个引脚：发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。
当基极上有电压时，三极管就可以工作了。
三极管的工作原理是：当基极与发射极之间的电压大于某个阈值电压时（一般是0.7V），三极管就开始导电，此时电流从发射极流入，流到集电极，形成一个正向放大器件。
与此同时，当基极与发射极之间的电压小于零时，三极管就停止导电，此时电流不流过这个三极管，形成一个关闭状态。
三极管的差分放大器基本原理是建立在对三极管阻容负反馈的基础之上的。
三极管差分放大电路由两个普通的晶体管组成，分别被分配作为信号输入和反馈放大器。
该电路将这两个晶体管作为差分对极，使它们以相似的方式工作。
通过根据输入差分信号的放大程度对输出信号的控制来实现放大，反馈使放大器电路更稳定，减少了噪音和失真。
三极管差分放大电路可以看做是两个普通的晶体管共同构成的放大器，每个晶体管都可以看做是单独的放大器。
两个晶体管的输出信号合并在一个负载电阻上，得到的输出电压是对输入信号的放大倍数。
当信号为差分信号时，两个晶体管将被分配为正反向放大器。
也就是说，一个晶体管将被做为正向放大器，而另一个晶体管将被做为反向放大器。
差分信号将被应用于这两个晶体管的基极端，而反馈信号将被应用于晶体管的集电端。
差分模式放大电路的输出电压为：Vout= Vd * Ad其中，Vd是输入信号的差分模式电压值，Ad是差分放大电路的差分模式放大倍数。
差分放大电路的放大倍数主要取决于其输入电路和管子的参数，以及反馈电路的参数。
可以采取一些实现方案来改变差分放大电路的增益倍数。
差分放大器AD813x常见问题解答
差分放大器AD813x常见问题解答问题：如何计算差分放大器电路的增益，如何分析差分放大器电路？答案：如图所示，差分放大电路分析的基本原则与普通运算放大器中虚断虚短原则相同，同时还具有其特有的分析原则：差分放大器电路分析图1．同向反向输入端的电流为零，即虚断原则。
2．同向反相输入端的电压相同，即虚短原则。
3．输出的差分信号幅度相同，相位相差180度，以Vocm共模电压为中心对称。
4．依照上述三个原则，差分信号的增益为Gain＝R F/R G。
问题：为什么电路的输出不正确？答案：对于差分放大器的应用来讲，要得到正确的输出，必须要注意以下几点：1．输出信号的摆幅必须在数据手册指定的范围内。
以AD8137为例，在单电源5V的情况下，V out-与V out+都必须在450mV～4.55V之内（见下表）2．输入端信号的范围必须在数据手册指定的范围之内。
以AD8137为例，在单电源5V的情况下，+IN与-IN的电压必须在1～4V之内。
（见下表）数据手册单电源5V供电的芯片指标在你的电路中，一定要先进行分析计算，检查输出端电压和输入端共模信号的范围是否在数据手册指定范围之内（请注意电源电压的条件）。
对于单电源供电的情况，更容易出现问题。
下面我们以AD8137举例说明怎样判断电路是否能够正常工作？AD8137双电源供电放大电路如图，这是AD8137在+/-5V电源供电情况下的一个放大电路。
输入是一个8Vpp的信号。
按照虚短、虚断的原则，根据2.1的分析，差分信号增益是1，即，差分输出每一端的摆幅都是+/-2V，但相位相差180度。
由于Vocm加入了2.5V的共模电压，因此得到Voutp和Voutn的电压为2.5V+/-2.0 V和2.5V-/+2.0V，即0.5V～4.5V的范围内。
这个信号范围符合数据手册+/-5V电源供电情况下的指标（－4.55V~+4.55V）。
然后我们计算输入端的共模电压，按照虚短、虚断的原则，Vinn的电压是Voutp在两个1K ohm电阻上面的中点分压，即得到如图红色所示的共模电压为Vinn=1.25V+/-1.0V，即0.25V~2.25V，这也符合+/-5V供电下数据手册对输入共模电压的要求（－4V～＋4V）。
实验中利用差分放大器减小噪音的技巧
实验中利用差分放大器减小噪音的技巧噪音是实验中常常遇到的干扰源，特别是在低信号水平和高灵敏度的场景中，噪音的影响更为明显。
因此，为了提高实验的准确性和可靠性，减小噪音是一项重要的技术任务。
差分放大器是一种常用的电路，它具有良好的抗干扰能力和放大性能，因此在实验中利用差分放大器减小噪音的技巧十分实用。
差分放大器的基本原理是通过将输入信号分成两个相互互补的信号，即正向输入和反向输入，并将其放大后取差值输出。
这种差分结构的好处是可以消除共模噪音，同时放大差模信号，从而实现信号的放大和噪音的降低。
下面将介绍几种在实验中利用差分放大器减小噪音的技巧。
首先是在差分放大器的设计中，合理选择差模放大倍数。
差模放大倍数是指输入信号差模增益与输出差模幅度之比。
一般来说，差模放大倍数越大，差分放大器对共模噪音的抑制能力越强，因此能够降低噪音。
但是，在实际应用中，过大的差模放大倍数也可能引入其他问题，如幅度偏移、非线性失真等。
因此，需要综合考虑系统要求和差模放大倍数的选择。
其次是合理选择差分放大器的工作模式。
根据输入信号的性质和实验要求，差分放大器可以以单端模式或差模模式工作。
单端模式只考虑正向输入信号的放大和噪音抑制，适用于单端输入的实验；而差模模式同时考虑正向和反向输入信号的放大和噪音抑制，适用于双端输入的实验。
根据实验需求选择合适的工作模式，有助于减小噪音。
此外，良好的电路布局和接地是减小噪音的重要技巧。
在设计实验电路时应避免干扰源与放大器之间的电磁耦合，可以采用屏蔽、隔离和布线规范等方法，减少噪音的干扰。
另外，在差分放大器电路中，要保证良好的接地，避免接地回路上的回流和环路干扰，以减小噪音。
最后是合理选择差分放大器的器件和参数。
不同的差分放大器器件具有不同的性能指标，选择合适的器件有助于减小噪音。
同时，差分放大器的一些关键参数，如增益带宽积、输入偏移电压、输入偏置电流等，也会影响噪音的大小。
在实验中应根据具体情况进行选择和优化，以达到最佳的减噪效果。
全差分放大器共模增益
全差分放大器共模增益一、全差分放大器的工作原理全差分放大器（Fully Differential Amplifier）是一种特殊类型的放大器，它采用两个对称的放大电路，分别对差分信号的两个正负分量进行放大。
差分信号是指大小相等、相位相反的信号。
全差分放大器能够有效地放大差分信号，并且具有良好的抑制共模干扰的能力。
在全差分放大器中，两个对称的放大电路通常采用镜像对称的方式排列，以便实现电路参数的一致性。
输入信号被差分方式输入到两个对称的输入端，经过放大后，在输出端将差分信号合成输出。
由于全差分放大器的对称性，其两个输出端的电压变化幅度相同，但方向相反，从而实现对差分信号的放大。
二、共模增益的特性共模增益是指放大器对共模信号的放大能力。
在全差分放大器中，由于两个对称的放大电路的参数一致性，其对共模信号的放大能力是相同的。
因此，全差分放大器的共模增益特性是其两个输出端的电压变化幅度与输入端的共模信号变化幅度的比例关系。
共模增益的大小取决于全差分放大器的电路参数和偏置条件。
当全差分放大器的电路参数和偏置条件发生变化时，其共模增益也会发生变化。
此外，共模增益的大小还会受到电源电压、环境温度等因素的影响。
三、影响共模增益的因素影响全差分放大器共模增益的因素有很多，主要包括以下几个方面：1.电路参数：全差分放大器的电路参数对其共模增益有直接影响。
例如，输入电阻、输出电阻、跨导、反馈系数等参数的变化都会导致共模增益的变化。
2.偏置条件：全差分放大器的偏置条件也会影响其共模增益。
例如，偏置电流的大小、偏置电压的高低等都会对共模增益产生影响。
3.电源电压和环境温度：电源电压和环境温度的变化也会对全差分放大器的共模增益产生影响。
这是因为电源电压和环境温度的变化会导致电路参数和偏置条件发生变化，从而影响共模增益。
4.输入信号：输入信号的大小和类型也会对全差分放大器的共模增益产生影响。
特别是当输入信号为共模信号时，其对共模增益的影响更加显著。
差分放大器的失调
差分放大器的失调
差分放大器的失调是放大器的一种常见故障，可能会对系统的性能造成严重影响，其失调可能会导致大量多余的噪声和功率损失，从而减弱放大器的输出性能，影响器件的正常工作。
差分放大器的失调有多种原因，其中最常见的原因是引脚不匹配，即当输入放大器的两个分立的输入不适当的时候，可能会出现失调的情况。
此外，放大器的负载可能会使输出信号不稳定，导致失调，而负载阻抗和负载变化也可能导致失调。
另外，如果差分放大器的偏置电路不当或者放大器散热不足，也会导致失调，这可以通过改善热管理系统、优化偏置电路设计以及适当补偿等方式来改善。
总之，针对差分放大器的失调，主要原因集中在失去输入平衡、负载阻抗失衡、放大器偏置电路改变以及放大器散热不足等，因此，我们应该注重对这些因素的控制，以避免放大器的实有失调的情况出现，从而保证放大器的输出性能。
差分放大电路
03 差分放大电路的分类
电压反馈型差分放大电路
电压反馈型差分放大电路通过电 压负反馈来减小输出电压的幅度，
从而减小了电路的增益。
电压反馈型差分放大电路通常具 有较低的输入阻抗和较高的输出 阻抗，适用于电流驱动能力较弱
的电路。
电压反馈型差分放大电路的优点 是稳定性好，噪声低，适用于信
号源内阻较高的应用场景。
电流反馈型差分放大电路
1
电流反馈型差分放大电路通过电流负反馈来减小 输出电流的幅度，从而减小了电路的增益。
2
电流反馈型差分放大电路通常具有较高的输入阻 抗和较低的输出阻抗，适用于电流驱动能力较强 的电路。
3
电流反馈型差分放大电路的优点是带宽较宽，响 应速度较快，适用于信号源内阻较低的应用场景。
缓冲和驱动
差分放大电路可以作为缓冲器和 驱动器，用于驱动后级电路或传 输线路，提高信号的驱动能力和 传输稳定性。
比较器
差分放大电路可以作为比较器， 用于比较两个电压或电流的大小 关系，常用于触发器、寄存器等 数字逻辑电路中。
在传感器信号处理中的应用
温度传感器信号处理
差分放大电路可以用于放大温度传感器的输 出信号，将微弱的温度变化转换为电信号， 便于后续处理和测量。
差分放大电路的特点
高增益
抑制共模干扰
差分放大电路具有很高的增益，通常在 100dB以上，因此能够将微弱的差分信号 放大到足够大的幅度。
由于差分放大电路只对两个输入信号的差 值进行放大，因此它能够有效地抑制共模 干扰，提高信号的信噪比。
宽频带
运算放大器差分放大电路
运算放大器差分放大电路
运算放大器差分放大电路指的是使用运算放大器（Op Amp）实现差分放大的电路。
在差分放大器中，信号会在输入级别被放大，但在输出之前会进行相位反转，因此所得到的输出值是输入信号的差值，即其中一个输入信号与另一个输入信号的差值。
差分放大器通常用于取样、保持进行差分放大的信号，以便对其进行进一步的处理。
在很多应用中，差分放大器用于测量两个不同信号之间的差异，比如测量温度差异或测量声音强度差异。
差分放大电路的一般设计如下：
其中，VSIN1和VSIN2是分别连接到差分放大器的两个输入端的信号源，R1、R2、R3和R4是用于实现放大增益的电阻，VOUT是差分放大器的输出，RL是用于连接到输出端的负载电阻。
在差分放大器电路中，R1和R2连接到运算放大器的反馈回路，使得输出与反馈端起到持平作用，因此差分放大器的输出与差异信号的放大比率为：
$$\frac{R2}{R1}*\frac{R4}{R3}$$。
当输入信号VSIN1和VSIN2之间没有差异时，输出电压为零。
如果有一个信号比另一个信号高，则会在输出电压端产生一个差异值。
差分放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此它可以将两个信号源之间的电压差放大到较高的电平，从而提高系统的信噪比（SNR）。
由于其高精度和低噪声等优点，差分放大器常用于测量、控制、信号处理以及医疗和科学领域的应用中。
长尾式差分放大器原理及电路分析(1B)
发现一个矛盾:要提高共模抑制比,RE越大越好,但RE太大,直流工作点
下降太多,靠近管子截止区,rbe增大,差模增益也会减小. 解决方案为:用恒流源电路代替电阻RE.
UCC
RC
RC
Ui1
UO1
＋UO－
3.共模抑制比----KCMR
共模抑制比定义:
结论:◆电路对称度越好,共模抑制比越高 ◆共模负反馈电阻RE越大,共模抑制比越高
“长尾式”差分放大器原理及电路分析
[例2] 单端输入“长尾式”差分放大器
[解] 与双端输入比较:
(1)直流工作点不变,与信号输入方式无关.
(2)总差模输入电压uid=ui1-ui2=ui 一对差模输入电压uid1= - uid2 =(ui1-ui2)/2=ui/2 一对共模输入电压uic1=uic2 =(ui1+ui2)/2=ui/2
用恒流源电路代替电阻re既保证了所需的工作点对差模增益不影响但由于恒流源内阻很大因而大大提高了单端及双端输出的共模抑制比kcmr
“长尾式”差分放大器的 原理及电路分析(1B)
您清楚吗?
<<西电丝路云课堂>>
孙肖子
3.共模放大倍数(共模增益)
△IE1
△IE2
结论:RE仅对共模信号分量起负反馈作用, RE越大,对共模信号的抑制能力越强 电路越对称,对共模信号的抑制能力也越强
谢谢收看和听讲, 欢迎下次再相见!
<<西电丝路云课堂>>
UO2
V1
V2
Ui2
I RE
-UEE
RC
RC UCC
Ui1
- Uo1 ＋ Uo
差分放大器
令
uId uI1 uI2
uIc uI1 uI2 2
uI2
uId uIc 2
527
退出
6.1.1 差分放大器的分析
2. 工作原理
例6-1
uI1 10sin t (mV) uId 6sin t (mV) uI2 4sin t (mV)
Ro 2 Rc
538
退出
6.1.1 差分放大器的分析
7. 共模抑制比
衡量差分放大器放大差模信号和抑制共模信号的能力。 定义：差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。
K CMR Aud Auc
Common Mode Rejection Ratio
KCMR (dB) 20 lg KCMR
6.1.1 差分放大器的分析
9. 差分放大器的组合形式
（1）共集-共基差分放大器 分析：双端输入、单端输出；VT5、VT6
构成基本电流源，作为VT4的有源负载；
uO u u O1 O uI uI uO1
CC组态
uO1 (1 hfe ) RL1 uI hie (1 hfe ) RL1 hie 1 hfe uO1 1 uI 2
例6-3 某差分放大器两个输入端的信号分别为 uI1 和 uI2 ，输出电压 uO ，
三者的关系是 uO 100uI1 99uI2 。试求该差分放大器的差模电压放大倍数
和共模电压放大倍数及共模抑制比。
解：
uO Aud uId Auc uIc Aud (uI1 uI2 ) Auc (
1. 电路形式
差分式放大电路的组态基于不同的应用场合，有双、单端输入和 双、单端输出的情况。 单端输入时，另一端接地。
差分放大器的使用要点之差分输入知识分享
差分放大器的使用要点之差分输入知识分享
许多应用都需要使用低功耗、高性能的差分放大器，将小差分信号转换成可读的接地参考输出信号。
两个输入端通常共用一个大共模电压。
差分放大器会抑制共模电压，剩余电压经放大后，在放大器输出端表现为单端电压。
共模电压可以是交流或直流电压，此电压通常会大于差分输入电压。
抑制效果随着共模电压频率增加而降低。
相同封装内的放大器拥有更好的匹配性能、相同的寄生电容，并且不需要外部接线。
因此，相比分立式放大器，高性能、高带宽的双通道放大器拥有更出色的频率表现。
一个简单的解决方案就是使用阻性增益网络的双通道精密放大器，如图1所示。
此电路显示了一种将差分输入转换为带可调增益的单端输出的简单方式。
系统增益可通过公式1确定：。
模拟电路差分放大器
模拟电路差分放大器差分放大器是模拟电路中常见的一种放大电路，它能够将输入信号放大并产生相对输出信号。
本文将介绍差分放大器的原理、结构、工作方式以及应用领域，并探讨其特点和优势。
一、差分放大器的原理差分放大器是基于差动放大器的原理设计而成的，它由两个互补的放大器组成。
一个放大器接收正输入信号，另一个放大器接收负输入信号，然后两个放大器的输出信号进行相减，得到差分放大器的输出信号。
差分放大器的输入是通过差模输入来实现的，即正输入端和负输入端之间的电压差。
当输入端电压差趋近于零时，差分放大器的增益最大，输出信号最稳定。
二、差分放大器的结构差分放大器通常由三个主要部分组成：差分输入级、差分放大级和输出级。
1. 差分输入级：差分输入级由两个输入晶体管组成，一个用于接收正输入信号，另一个用于接收负输入信号。
这两个晶体管通过共射极的方式连接，并通过电流镜电路进行偏置。
2. 差分放大级：差分放大级通常由驱动晶体管和负载电阻组成。
驱动晶体管将输入信号放大，并传递给负载电阻。
3. 输出级：输出级通常由一个共射放大器组成，它对差分放大级输出的信号进行进一步放大，并将其传递给负载电阻，最终得到输出信号。
三、差分放大器的工作方式差分放大器的工作方式可分为静态工作和动态工作两种情况。
1. 静态工作：在静态工作状态下，差分放大器会将输入信号放大，并产生相对输出信号。
此时输入信号的幅度较小，通常在毫伏级别，差分放大器的增益较大。
2. 动态工作：在动态工作状态下，差分放大器可以应对更大幅度的输入信号，通常在几伏至数十伏之间。
差分放大器能够放大差模信号，同时将共模信号抑制到最小，保持输出的稳定性。
四、差分放大器的应用领域差分放大器在模拟电路中具有广泛的应用领域，常见的包括：1. 信号放大：差分放大器可用于放大微小信号，如传感器输出的低电压信号。
2. 通信系统：差分放大器可用于实现高速数据传输和抑制噪声干扰。
3. 模拟滤波：差分放大器可用于模拟滤波器的设计，滤除不需要的频率成分。
差分放大前端滤波方法
差分放大前端滤波方法
差分放大前端滤波是一种常用的信号处理方法，用于放大和滤
波输入信号以便于后续处理。
这种方法主要包括差分放大器和滤波
器两个部分。
首先，差分放大器是一种电路，它可以放大输入信号的差分部分。
它通常由两个放大器组成，一个放大正向输入信号，另一个放
大反向输入信号，然后将它们相减得到差分输出。
这种放大器可以
有效地抑制共模干扰，提高信号的信噪比。
其次，滤波器用于去除输入信号中的噪声和不需要的频率成分。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
低通滤
波器可以去除高频噪声，高通滤波器可以去除低频噪声，而带通滤
波器可以选择特定的频率范围内的信号进行放大和滤波。
在差分放大前端滤波中，通常会采用一定的滤波器来滤除输入
信号中的噪声，并且利用差分放大器来放大差分信号，从而达到提
高信号质量的目的。
这种方法能够有效地增强信号的特征，减少噪
声的干扰，使得后续的信号处理更加准确可靠。
除了差分放大前端滤波方法，还有其他一些前端滤波方法，如使用积分放大器、微分放大器等。
选择合适的前端滤波方法需要根据具体的应用场景和信号特点进行综合考虑。
总的来说，差分放大前端滤波方法在信号处理中具有重要的作用，能够有效地提高信号质量和系统性能。
Linear LT6375±270V 共模电压差分放大器解决方案
Linear LT6375±270V 共模电压差分放大器解决方案Linear公司的LT6375是±270V是共模电压差分放大器,具有极好的DC精度,非常高的(±270V)输入共模电压和很宽电源电压范围,包括有精密运算放大器和高度匹配的薄膜电阻网络,具有非常高的CMRR(97dB),极低的增益误差0.0035% (35ppm)和极低增益漂移(1ppm/℃),主要用在高边或低边电流检测,双向宽共模电流检测,高压/低压电平转换,精密差分放大器,工业数据采集前端和绝缘电路替代件.本文介绍了LT6375主要特性,框图,多种应用电路,以及演示板DC2443评估电路,电路图,材料清单和PCB设计图。
The LT6375 is a unity-gain difference amplifier whichcombines excellent DC precision, a very high input commonmode range and a wide supply voltage range. It includes aprecision op amp and a highly-matched thin film resistornetwork. It features excellent CMRR, extremely low gainerror and extremely low gain drift.Comparing the LT6375 to existing difference amplifierswith high common mode voltage range, the selectableresistor divider ratios of the LT6375 offer superior systemperformance by allowing the user to achieve maximumSNR, precision and speed for a specific input commonmode voltage range.The op amp at the core of the LT6375 has Over-The-Top®protected inputs which allow for robust operation in environmentswith unpredictable voltage conditions.The LT6375 is specified over the –40℃to 125℃temperaturerange and is available in space-saving MSOP16and DFN14 packages.LT6375主要特性:±270V Common Mode Voltage Range97dB Minimum CMRR (LT6375A)0.0035% (35ppm) Maximum Gain Error (LT6375A)1ppm/℃Maximum Gain Error Drift2ppm Maximum Gain NonlinearityWide Supply Voltage Range: 3.3V to 50VRail-to-Rail Output350μA Supply CurrentSelectable Internal Resistor Divider Ratio300μV Maximum Offset Voltage (LT6375A)575kHz –3dB Bandwidth (Resistor Divider = 7)375kHz –3dB Bandwidth (Resistor Divider = 20)–40℃to 125℃Specified Temperature RangeLow Power Shutdown: 20μA (DFN Package Only)Space-Saving MSOP and DFN PackagesLT6375应用:High Side or Low Side Current SensingBidirectional Wide Common Mode Range Current Sensing High Voltage to Low Voltage Level TranslationPrecision Difference AmplifierIndustrial Data-Acquisition Front-EndsReplacement for Isolation Circuits图1.LT6375功能框图图2.LT6375宽电压范围电流检测框图图3.LT6375 2阶巴特沃斯滤波器输出滤波器图图4.LT6375电流测量框图图5.LT6375通信电源监测框图图6.LT6375 27dB音频增益电路图图7. LT6375 +/-5mAhowland(差分电压/电流转换电路)电流源电流源图8. LT6375精密基准电压分压器/缓冲器电路演示板DC2443Demonstration Circuit 2443 is a Configurable High Voltage Amplifier featuring theLT®6375.This demo board translates a high common mode signal to an output related to a low voltage reference level. The demo circuit is equipped with jumpers to facilitate setting the pin-strapped internal divider ratio configuration. The LT6375 is unique in that it may be powered from a low voltage (down to 3.3V) while it accepts signals well outside the supply range. This device is also unusual in that it can operate with high supply voltages (up to 50V). Connection points are provided to wire the amplifier in other configurations besides the simple translator.图9.演示板DC2443评估测试图图10.演示板DC2443电路图图11.演示板DC2443 PCB元件布局图(顶层)。
TI LMH6881 1GHz全差分可编放大器解决方案
TI LMH6881 1GHz全差分可编放大器解决方案TI公司的LMH6881是全差分可编高速,工作频率高达1GHz, 100Ω输入,低阻抗输出,增益数字控制,从6dB到26dB,小信号带宽2400MHz,100MHz 时的OIP3为44dBm, HD3为-100dBc,噪音为9.7dB,主要用在前端,增益区块,差分驱动器,IF/RF和基带增益驱块和医疗图像.本文介绍了LMH6881主要特性,典型应用和评估板LMH6881EVAL主要特性,和布局图.The LMH6881 is a fully differential amplifier optimized for signal path applications up to 1000 MHz. The LMH6881 has a 100Ω input and a low impedance output. The gain is digitally controlled over a 20 dB range from 26dB to 6dB. The LMH6881 is designed to replace fixed gain differential amplifiers with a single, flexible gain device. It has been designed to provide good noise figure and OIP3 over the entire gain range. This design feature is highlighted by the Dynamic Range Figure (DRF). The DRF is defined as the input third order intercept point (IIP3) minus the noise figure (NF). Traditional variable gain amplifiers generally have the best OIP3 and NF performance at maximum gain only.The LMH6881 is a high-speed, high-performance, programmable differential amplifier. With a bandwidth of 2.4GHz and high linearity of 44dBm OIP3, the LMH6881 is suitable for a wide variety of signal conditioning applications.The LMH6881 programmable differential amplifier family combines the best of both fully differential amplifiers and variable gain amplifiers. It offers superior noise and distortion performance over the entire gain range without external resistors, enabling the use of just one device and one design for multiple第1页共3页。
高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器技术研究
高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器技术研究一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展，高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器在诸多领域，如通信、医疗、测量和控制系统等，扮演着越来越重要的角色。
这些应用对于运算放大器的性能要求日益提高，不仅需要高精度的放大能力，还要求具备宽带宽的响应特性。
因此，研究CMOS全差分运算放大器的技术，特别是针对高精度、宽带宽的要求，具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在探讨高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的设计技术，分析其关键性能指标，研究其电路结构和工作原理，并探讨其在实际应用中的优化策略。
我们将介绍CMOS全差分运算放大器的基本原理和关键技术指标，如增益、带宽、失真度等。
然后，我们将详细分析高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的电路结构和设计方法，包括差分输入级、增益级、输出级等关键部分的设计考虑。
接着，我们将讨论在实际应用中如何优化这些关键部分，以提高运算放大器的整体性能。
我们将通过实验验证本文提出的设计方法和优化策略的有效性，为高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的实际应用提供参考。
通过本文的研究，我们期望能够为高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的设计提供理论支持和实践指导，推动其在相关领域的应用和发展。
二、CMOS全差分运算放大器的基本原理CMOS全差分运算放大器（Fully Differential CMOS Operational Amplifier, FDCOA）是集成电路设计中的一个关键组件，其基本原理基于差分信号处理和CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的优势。
这种运算放大器采用差分输入和差分输出，以减小共模噪声和失真，提高信号的信噪比和线性度。
在FDCOA中，两个完全对称的输入级分别接收正、负输入信号，它们的输出通过中间级和输出级进行差分放大。
这种结构能够显著抑制偶次谐波失真和共模噪声，使得电路在宽带宽范围内具有高精度和低失真特性。
差分放大电路四种接法
并联式差分放大电路在某些应用场景下是一个简单但有效的选择。
共模反馈式差分放大电路
1 应用场景
适用于需要抑制共模干扰的应用，比如传感器信号放大和精密测量。
2 电路特点
共模反馈可以大幅减小输出的共模幅度，提高信号的可靠性和精确性。
3 结论
共模反馈式差分放大电路在对共模噪声抑制要求较高的电子工程中重要的建模工具和设计模块，希望本演示能帮助 您更好地了解差分放大电路及其应用。
差模反馈式差分放大电路
应用场景
适用于需要较大放大倍数和高线 性度的应用，如音频放大器和测 量设备。
电路特点
通过差模反馈可以减小非线性失 真，提高放大电路的线性度和稳 定性。
结论
差模反馈式差分放大电路在对线 性度要求较高的应用中非常常见 且有效。
变压器耦合式差分放大电路
1
应用场景
适用于需使用高压和低压信号同时进行放大的应用，如音频放大器和无线电通信。
进行适当的封装和屏蔽，以提高电路的抗干扰能 力。
进行仿真和测试，验证电路设计的性能和可靠性。
总结
1 灵活性
2 性能
差分放大电路有多种接法， 可以根据应用需求进行选 择和调整。
各种接法各有特点，能满 足不同应用场景的放大要 求。
3 应用广泛
差分放大电路在音频放大 器、信号处理和通信领域 中得到广泛应用。
差分放大电路四种接法
差分放大电路是一种常用的电路拓扑结构，包括四种常用接法：并联式、共 模反馈式、差模反馈式和变压器耦合式。本演示将详细介绍这些接法的应用 场景、特点和结论。
并联式差分放大电路
应用场景
适用于需要高增益、低噪声的信号放大，比如音频放大器和通信设备。
电路特点
差分放大器实验报告
差分放大器实验报告实验目的，通过对差分放大器的实验，掌握差分放大器的基本原理和特性，理解其在电路中的应用。
实验仪器和器件，示波器、信号发生器、电阻、电容、运算放大器等。
实验原理，差分放大器是一种基本的运算放大器电路，其主要特点是能够放大输入信号的差分部分，抑制共模部分。
差分放大器由两个输入端和一个输出端组成，输入信号通过两个输入端分别输入，经过放大处理后输出。
差分放大器的放大倍数由电阻值和运算放大器的增益决定。
实验步骤：1. 按照电路图连接好差分放大器电路，包括运算放大器、电阻、电容等器件。
2. 使用信号发生器输入不同频率和幅度的正弦信号作为输入信号，观察输出信号的波形变化。
3. 调节示波器参数，观察差分放大器的放大倍数、相位差等特性。
4. 对不同的输入信号进行测试，记录并比较输出信号的波形和特性。
实验结果与分析：经过实验观察和记录，我们得出以下结论：1. 差分放大器能够有效放大输入信号的差分部分，抑制共模部分，使得输出信号与输入信号之间具有较大的放大倍数和较小的相位差。
2. 随着输入信号幅度的增大，差分放大器的放大倍数基本保持不变，但输出波形的失真程度会增加。
3. 差分放大器对输入信号的频率具有一定的带宽限制，超出带宽范围的信号会出现失真和衰减。
结论，差分放大器作为一种重要的运算放大器电路，在信号处理和电路设计中具有重要的应用价值。
通过本次实验，我们深入理解了差分放大器的工作原理和特性，为今后的电路设计和实际应用提供了重要的参考和指导。
实验中遇到的问题及解决方法：在实验过程中，我们遇到了一些问题，如输出波形失真、信号衰减等，通过调节电路连接、改变电阻值和频率等方法，逐步解决了这些问题，最终得到了稳定的实验结果。
实验总结，通过本次实验，我们对差分放大器有了更深入的理解，掌握了其工作原理和特性，提高了实验操作能力和电路调试技能，为今后的学习和研究打下了良好的基础。
参考文献，[1] 《电子电路》（第五版），韦延波，清华大学出版社。
长尾差分式放大电路
长尾差分式放大电路长尾差分式放大电路，也被称为差分放大器，是一种电路设计，用于放大差分信号。
这种电路常用于模拟信号处理、放大和滤波，是很多模拟电路中常用的放大器。
下面将对长尾差分式放大电路的结构、工作原理、应用及优缺点进行详细介绍。
一、长尾差分式放大电路的结构长尾差分式放大电路由两个输入端和一个输出端构成。
其中一个输入端称为非反相输入端，另一个输入端称为反相输入端。
这两个输入端的信号通过差分放大器的差分部分相减，而经过共模部分的放大，最终输出被放大的差分信号。
长尾差分式放大电路可以被分为两个主要的部分：差分放大器和共模放大器。
差分放大器通常由两个晶体管组成，它们的集电极由一个公共电阻连接。
差分放大器的输出通过一个共模放大器被放大。
这个共模放大器使用一个单端放大器的结构，其输入为差分放大器的公共电阻的中点。
二、长尾差分式放大电路的工作原理在差分放大器中，如果一个输入信号的大小增加，它的集电极电流也会增加。
它的反向电压也会随着电流的变化而变化。
另一个晶体管的集电极电流将会减小。
这种情况下，反向电压将会减小，电压差将会增加。
在一个典型的情况下，如果两个输入信号的大小相等，差分放大器的输出将为零。
不过，在实际情况中，两个信号的大小可能不完全相等，导致一定的电压差。
然而，在这种情况下，差分放大器的共模放大器可以将输入信号的共模提取出来，并输出到其它部分的电路中。
三、长尾差分式放大电路的应用长尾差分式放大电路是很多模拟电路中最为基础的放大器，它在工作中可用于各种情况下。
例如，它可以被用于滤波电路中，对输入信号进行缩放，并对特定频率进行过滤。
除此之外，在基带信号放大中也可被广泛应用，特别是在一些需要准确增益和稳定性的信号处理中。
四、长尾差分式放大电路的优缺点长尾差分式放大电路的优点是可靠并且成本低廉。
它的输入电阻高，输出电阻低，这使得差分放大器性能更优越。
它的输出是对输入的微弱变化的高度敏感，这使得它能够被高效地应用于微弱信号的放大，并具有更优秀的抗干扰能力。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第4章差分放大器
MOS管做负载的基本差分对放大器 差分放大器的应用－Gilbert单元
西电微电子学院－精董品刚课－件模拟集成电路设计
18
简单差分电路 g m = 2 I D μ n CWLOX
Av = − g m R D
Vout,CM = VDD −ISS
9
上一章
共漏级－源跟随器
Rin大，Rout小，输出摆幅 小，增益有百分之几非线性； PMOS管能消除体效应，提高 线性度，但输出阻抗大，带宽 降低；电压缓冲器、电压平移
Av
= 1+
gm RS
=
(gm + gmb )RS
1
1
≈
+ (1+η)
gm RS
1
1+η
Av
= 1
g
+
m1 (rO1 rO1 ) g m1 (rO1 rO1
28
本讲
差分放大器简介 简单差分放大器 基本差分对放大器
大信号差分特性 大信号共模特性 小信号差分特性 小信号共模特性
MOS管做负载的基本差分对放大器 差分放大器的应用－Gilbert单元
西电微电子学院－精董品刚课－件模拟集成电路设计
29
小信号差分特性－等价跨导公式
从大信号结果入手计算小信号差分增益
西电微电子学院－精董品刚课－件模拟集成电路设计
7
上一章
深线性区MOS管做负载的共源级
输出摆幅大（可以为VDD）
得到精准的Ron2比较困难；受工艺、温度变 化影响比较大，产生稳定、精确的Vb比较 难
RON 2
=
μnCox⎛⎛W
1 ⎛(V⎛DD
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差分放大器解决方案
差分放大器是能把两个输入电压的差值加以放大的电路。
能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。
这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。
它可以是平衡(术语"平衡"意味着差分)输入和输出，也可以是单端(非平衡)输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换，是各种集成电路的一种基本单元。
目录
一、差分放大器方案介绍
二、差分放大器的优点
三、差分放大器的作用
四、差分放大器的工作原理
五、差分放大器的特点
六、差分放大器的应用
正文
一、差分放大器方案介绍
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，有时简称为“差放”。
差分放大器通常被用作功率放大器(简称“功放”)和发射极耦合逻辑电路(ECL，Emitter Coupled Logic) 的输入级。
如果Q1 Q2的特性很相似，则Va，Vb将同样变化。
例如，Va变化+1V，Vb也变化+1V，因为输出电压VOUT=Va-Vb=0V，即Va的变化与Vb的变化相互抵消。
这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。
若差放的两个输入为，则它的输出Vout为：其中Ad是差模增益(differenTIal-mode gain)，Ac什模增益(common-mode gain)。
二、差分放大器的优点
差分放大器利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。
但是差分放大器结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。
差分放大器：按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。
按共模负反馈的形式分：有典型电路和射极带恒流源的电路两种。
(a)射极偏置差放(b)电流源偏置差放
差放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，差分放大器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。
上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
(a)电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻，或称射极耦合电阻，它实际上就是在工作点稳定电路中植入的射极电阻，只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re，所以经它的作用是稳定静态工作点，对零漂做进一步的抑制。
电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替，以便更有效地提高抑制零漂的作用。
负电源-一文看懂差分放大器的接法大全用来补偿射极电阻Re两端的直流压降，以避免采用电压过高的单一正电源+一文看懂差分放大器的接法大全，并可扩大输出电压范围，使两基极的静态电位为零，基极电阻Rb通常为外接元件，也可不用，其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻。
三、差分放大器的作用
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一
固定增益放大的电子放大器，有时简称为差放。
差分放大器通常被用作功率放大器(简称功放)和发射极耦合逻辑电路(ECL，Emitter Coupled Logic) 的输入级。
如果Q1 Q2的特性很相似，则Va，Vb将
同样变化。
例如，Va变化+1V，Vb也变化+1V，因为输出电压VOUT=Va-Vb=0V，即Va的变化与Vb的变化相互抵消。
这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。
若差放的两个输入为，则它的输出Vout为：其中Ad是差模增益(differential-mode gain)，Ac什模增益(common-mode gain)。
因此为了提高信/噪比，应提高差动放大倍数，降低共模放大倍数。
二者之比称做共模仰制比(CMRR，common-mode rejection ratio)。
共模放大倍数AC可用下式求出：
Ac=2Rl/2Re 通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比(CMRR，common-mode rejection ratio) 衡量差分放大器消除共模信号的能力：由上式可知，当共模增益Ac0时，CMRR。
Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。
四、差分放大器的工作原理
虽然运放电路为典型的双端输入、单端输出的三端器件，但多为单端应用(即一端用于信号输入，一端接地)，由此可以看出任一信号回路的两端特性，一端接地，一端即信号。
就同相放大器而言，信号输入同相端，反相器必有接地回路;就反相放大器而言，信号从反相输入端进入，则同相端即为接地端。
由接地回路的不同，甚至也可以判断放大器类型为同相放大器亦或反相放大器。
如果有两路输入信号，分别从两个输入端同时输入，即双端输入，单端输出的工作模式，即为差分放大器(亦名减法器)。
五、差分放大器的特点
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一
固定增益放大的电子放大器，有时简称为差放。
(1)对单电源供电的放大器电路，其输出端(即Q1\Q2的C极)静态工作点为1/2Vcc最为适宜，能保障其最大动态输出范围。
只要RC1、RB1等偏置元件取值合适，则可使UC1、UC2的静态电压为2.5V，即静态差分输出电压2.5V-2.5V=0V;
(2)电路设计尽可能使Q1、Q2的静态工作参数一致，二者构成“镜像”电路，RE为电流负反馈电阻，其直流电阻小，动态电阻极大(流过的电流近乎恒定)，以提升电路的差分性能。
(3)当IN+=IN-时，或者二者信号电压同步升降时，OUT+、OUT-
端电压也在同步升降，且升、降幅度相等，其输差分输出值仍会为
0V。
如二路输入信号在静态基础上产生了Q1、Q2基极电流的同样增量，则集电极电压会产生下降，如由2.5V降低为1.5V时，则
UC1-UC2=1.5V-1.5V=0V，这说明电路对共模输入信号不予理会，具备优良的抗干扰性能。
众所周知，RS485通讯电路，就是利用差分总线传输方式，产生了强有力的抗干扰效果。
(4)当IN+、IN-输入信号在静态基础上有相对变化，即IN+-IN-≠0时，如IN+输入电压往正方向变化时，OUT-会往负方向变化(同时OUT+会往正方向变化)，使得两个输出端反向偏离2.5V产生了信号输出。
当OUT-为1.5V，OUT+为3.5V时，此时使产生了2V的信号电压输出。
六、差分放大器的应用
差分运算放大电路，对共模信号得到有效抑制，而只对差分信号进行放大，因而得到广泛的应用。
目标处理电压：是采集处理电压，比如在系统中像母线电压的采集处理，还有像交流电压的采集处理等。
差分同相/反相分压电阻：为了得到适合运放处理的电压，需要将高压信号进行分压处理，如图中V1与V2两端的电压经过分压处理，最终得到适合运放处理的电压Vin+与Vin-。
差分放大器：
①反馈，对于运算放大电路来说，运放工作在线性区，所以这里一定是负反馈，没有反馈(开环)或者是正反馈，那是比较器电路而不是放大电路，这时候运放工作在饱和区或称为非线性工作区，正因为饱和，输出才是电源电压的幅值。
如下图是一种带正反馈的运放电路，这里就不能叫运算放大电路了，因为运放的开环放大倍数理想是无限大，当然实际中不可能无限大，所以如下结构是迟滞电压比较器，运放工作在非线性区或饱和区。