模拟电子技术(差分放大电路和恒流源电路)

因
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模拟电子技术基础
则有
(+12V)
UC
I
cC 1
c2
IB IE
(–12V)
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模拟电子技术基础
(+12V)
(b) 根据题意
c UC 1
+
I
C
-
c2
+
+ +
+ (–12V)
-
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模拟电子技术基础
(+12V)
c UC 1
+
I
C
-
c2
+
+ +
+ (–12V)
-
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(2) 信号的输入
+ + +
+
-
-
+
-
-
两个输入端信号电压的差值是有用的，称之为差模 输入信号，因而该电路称为差分放大电路。
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(3) 抑制零漂的原理 ( uI1=uI2=0 ) （T1和T2 特性相同） a. 电路双端输出 (a) 当温度T一定时
+ + +
+
-
-
+
-
uO1 uO2
b. 单端输出 因
Aud 1 RL 2 RB rbe
Auc
RL 2 RE
RL
K CMR
RE Aud 2( RB rbe ) RL RB rbe Auc 2 RE
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3) 共模输入电阻
交流通路，
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模拟电子技术基础
模拟电子技术基础
IC
IC U CE
+
I C I E 1 I B VEE U BE 2 RE
IB
+
U CE
–
–
+
IB
+ U BE –
U BE
IE
IE
–
UCE VCC ( VEE ) I C RC 2 I E RE
VCC VEE I C ( RC 2RE )
I E (1 ) I B
IC
IB
+
IC U CE
+
由此可得
VEE U BE IB RB 2(1 ) RE
U CE
–
–
+
IB
+ U BE –
U BE
IE
IE
–
2IE
因
RB 2(1 ) RE
VEE U BE IB 2(1 ) RE
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当uIc1=uIc2时的输入信号 记为
uIc1 uIc2 uIc
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1) 共模电压放大倍数 由
uIc1 uIc2 uIc 知 uOc1 uOc2
故
a. 双端输出共模电压
uOc uOc1 uOc2 0
共模电压放大倍数
uOc Auc 0 uIc
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RC // RL Auc 2 RE
一般情况中 故
RC // RL 2 RE
uO c Auc 1 uI c
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综上所述 双端输出时
uOc Auc 0 uI c
单端输出时
uO c RC // RL Auc 1 uI c 2 RE
U Id Rid I Id 2U Id1 I Id 2( RB rbe )
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3) 输出电阻Ro a. 单端输出时
求Ro的等效电路
Ro RC
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求Ro的等效电路 b. 双端输出时
Ro 2 RC
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二、小信号共模特性(common ) 共模信号
的输入信号
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1
uI1
+
_
uI2
+ _
2
差分 放大 电路
任意输入信号分解示意图
+
1 +
uId uIc
+ _
2_
uId+
uId
_
2
2 _
差 分 放 大 电 路
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特别的，对于单端输入 即
单端输入电路
1
uI1= uI1/2+ uI1/2 ， uI2= 0 = uI1/2 - uI1/2
-
(a) 静态工作点IC、UC之值； (b) uO及KCMR之值； (c) 若将RL接在C1对地之间，求UC、uO 及KCMR； (d) Rid、Ric和Ro之值。 上页
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(+12V)
[解] 为了计算简单，设
调零电位器RW的滑动端在 电位器的中间。
+
c UC 1
+
I
C
-
c2
uId uId1 uId2 2uId1 2uId2
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+ +
+
-
-
+ -
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差模输入时放大电路中的电流
⊕
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由于
⊕
电阻RE上无交流电流，
T1、T2发射极虚地。
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交流通路
⊕
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因为 故
uIc1 uIc2 uIc iIc1 iIc2 iIc
U ic Ric I ic RB rbe 2(1 ) RE
4) 输出电阻
双端输出时 单端输出时
Ro 2 RC
Ro RC
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三、任意输入信号的分解 uI1
+ _
1
模拟电子技术基础
(c) 当RL在C1对地之间时
IRL UC I
(+12V)
cC 1
IE
c2
IB
经整理可得
(–12V)
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模拟电子技术基础
(+12V)
c1 +
+
c2
-
+ +
+
(–12V)
-
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(+12V)
c1 +
+
c2
-
+ +
+
(–12V)
-
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uI2
+ _
2
差分 放大 电路
任意信号 既不是差模信号又不是共模信号的输入信号
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令
uId uI1 uI2
uI1 uI2 uIc 2
uI1
+ _
1
那么
uId uI1 uIc 2 uId uI2 uIc 2
uI2
+ _
2
差分 放大 电路
任意信号可以分解成差模和共模信号两种性质
(+12V)
(d)差模输入电阻
c UC 1
+
I
C
-
c2
+
+ +
+ 共模输入电阻 (–12V)
-
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(+12V)
输出电阻Ro
c UC 1
+
I
C
-
c2
单端输出时
+
+ +
+ (–12V)
-
双端输出时
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4.2
带恒流源的差分放大电路
对于图示电路
双端输出
K CMR
+ -
+ +
+
-
-
+
单端输出
K CMR
RE RB rbe
-
RE越大，KCMR越大，电路抑制共模信号的能力越强。
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RE太大对电路的影响
+ +
+
+ -
-
-
+ -
a. 当VEE一定，IE减小，rbe增大， Aud减小。 b. 为了维持IE不变，必须提高电源电压VEE。 c. 在集成电路中不易制作较大阻值的电阻。
I C1 I C2 I C
+ U BE1 –
U CE1
–
+
IB2
I E1
I E2
–
–
U BE2
+
I E1 I E2
I E1 I E2 I E
U CE1 U CE2 U CE
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列输入回路方程
I B RB U BE 2 I E RE VEE
IB
+
IC
IC U CE 2
+
IB
+ –
RC // RL RC
+ U BE –
U CE1
–
I E1
I E2
–
U BE
VEE I C ( RC 2RE ) U CE1 VCC
2IE
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3. 动态分析
一、小信号差模特性
差模信号 当 uId1 uId2 时的输入信号 记为
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b. 单端输出
交流通路，
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电压放大倍数
Auc uO c uI c
uO c uI c 1
RC // RL RB rbe (1 )2 RE
一般情况 RB rbe (1 )2 RE
RC // RL Auc 2 RE
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4. 差分电路与电流源电路
4.1 典型差分放大电路
1. 电路组成
+
+
+
+
-
-
+
-
-
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模拟电子技术基础
(1) 电路特点
+ +
+
+
-
-
+ -
a. 电路两边对称。
-
b. 两管共用发射极电阻RE。
c. 具有两个信号输入端。 d. 信号既可以双端，也可以单端输出。
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+ +
+ (–12V)
-
(a) 画出放大电路的直流通路
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(+12V)
c UC 1 +
+
I
C
-
直流通路
c2
(+12V)
+ +
+
(–12V)
IB
UC
I
cC 1
c2
IB
IE
(–12V)
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模拟电子技术基础
由图可得
(+12V)
UC
I
cC 1
c2
由上两式得
IB IE
(–12V)
uI
+ _
2
差分 放大 电路
单端输入是一种特殊的双端输入形式
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(+12V)
[例] 电路如图所示。设T1、 T2 的 特 性 一 致 ， β=50 ，
UBE=0.7V， uIc=1 V，
uId =50 mV， 试求： 。+
c UC 1
+
I
C
-
c2
+ +
+ (–12V)
差分放大电路对共模信号有抑制作用，RE越大，抑制
共模信号的能力越强。
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2) 共模抑制比 K CMR
共模抑制比的定义
K CMR Aud Auc
或者
K CMR
Aud 20 log (dB) Auc
a. 双端输出
K CMR
Aud Auc
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2IE
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当单端输出时
I B1 I B2 I B
I B1
I C1
I C2 U CE 2
+
I C1 I C2 I C U CE1 U CE 2
+ –
U CE1
–
+
IB2
+ –
I E1
I E2
–
I E1 I E2
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戴维宁等效
RL VCC VCC RL RC
等效电路
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Aud与单级共射极电路电压放大
倍数相同。可见，差分放大电
路是用“数量换质量”。
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(b) 单端输出
从T1的集电极输出
输出与输入反相
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从T2的集电极输出
输出与输入同相
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模拟Baidu Nhomakorabea子技术基础
2) 差模输入电阻
所以 IB1= IB2 = IB
I C2 I C1
I R 2IB
IR 2 I C2

+
–
+
故
–
I C2
IR 1 2

当β>>2 时
I C2
VCC U BE VCC IR R R
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2．比例电流源电路
(1) 电路组成 (2) 电路特点 T1和T2特性相同 (3) 电路分析 – + + –
由于
故
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1) 差模电压放大倍数
a. 双端输出
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b. 单端输出 (a) 输出uO1
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模拟电子技术基础
(b) 输出uO2
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模拟电子技术基础
c. RL时 (a) 双端输出
由于
负载电阻RL的中点虚地
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决于iB。
当iB恒定，则iC恒定，晶体管相当于一个电流源。
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4. 3
电流源电路
1．电流镜电路
(1) 电路组成 (2) 电路特点 T1和T2特性相同 (3) 电路分析 设 1 2 由于 UBE1= UBE2 = UBE
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+
–
+
–
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由图可知
VCC U BE1 VCC IR R RE1 R RE1
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I E1 RE1 U BE1 I E2 RE2 U BE2
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通常采用恒流源来代替RE
+ -
+ +
+
-
-
+ -
恒流源的主要特点
恒流源
a. 具有很大的交流等效电阻 b. 直流电阻较小
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iC 1 rce = u CE
+ +
– –
1 RCE
晶体管恒流源工作原理
当晶体管工作在放大区时，iC基本上与uCE无关，只取
+ +
+
-
-
+ -
因射极电阻RE的负反馈作用
可以抑制零点漂移
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2．静态分析
直流通路
+ +
+
+
-
-
-
+ -
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因为电路对称，所以
U BE1 U BE2 U BE
I B1
I C1
I C2 U CE 2
+
I B1 I B 2 I B
uO uO1 uO2 0
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(b) 当温度增加 ΔT 时
I C1 I C2
+ +
+
I C1 I C1 I C2 I C2
uO 0
+ -
-
-
+ -
在双端输出的情况下，漂移为零。
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b. 单端输出时
+ -