差动放大电路

二、 抑制零漂的原理
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时： uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
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三、差模电压放 大倍数Aud
差模输入电压：Uid＝Ui1－Ui2
差模输入信号： ui1 =- ui2 =1/2*Uid （大小相等，极性相反） 因ui1 = -ui2， uo1 =-uo2 uo= uo1 - uo2= 2uo1
输入电阻 Ri 2( Rb rbe) 输入：单端或双端；双端输出
RL 2 ; Ac 0; Ro 2 Rc Ad Rb rbe R e //
输入：单端或双端；单端输出 单端输入
RL ( Rc // RL) 2 ; Ac Ad ; Ro Rc 2( Rb rbe ) Rb rbe 2(1 ) Re R e //
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直接耦合
＋EC RB1 RC1 V1 Rs ＋ Us － RC2 V2 VZ ＋ Uo －
为了避免电容对缓慢信号带来的不良影响，去掉耦合电容， 将前级输出直接连到下一级，我们称之为直接耦合。 直接耦合的缺点：适用传送缓慢变化的信号。 直接耦合的缺点：前后级Q点相互影响。零点漂移。
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变压器耦合
T1 RB11 V2 RB22 CE1 CB RE2 CE2 RB12 ＋EC T2 RL
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uOd ic( Rc // RL) ( Rc // RL) Ad uid 2ib( Rb rbe) 2( Rb rbe) Ri 2( Rb rbe); Ro Rc
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上面两图为：单端输入，双端输出
右图为：单端输入，单端输出
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四种差动放大电路比较
（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。
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射极电阻RE的作用 射极电阻RE的作用：
（1）直流负反馈，稳定静态工作点
RC
+UCC
uo
T1 T2
RC
RE
-UEE
T °C
IC1 IC2 IC1 IC2
IE =IC1+IC2
UE =IERE+（-UEE）
IB1 、IB2
UBE1 、UBE2
+UCC
T2
RE2
ui
uo
问题 1 :前后级Q点相互影响。
增加R2 、RE2 : 用于设置合适的Q点。
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R1 RC1
RC2 T1 T2
+UCC
uo
R2
ui
有时会将 信号淹没
uo t
RE2 0
问题 2 :零点漂移。
前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得 当 ui 等于零时， uo不等于零。
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2. 基本差动放大电路
电子技术 模拟电路部分
第三章 集成运算放大电路
差动放大器
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主要内容
§1 §2 §3 §4 概述 差动放大电路的基本形式 射极耦合差动放大电路 具有恒流源差动放大电路
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集成运算放大电路概述
集成电路：是一种将“管”和“路”紧密结合的器 件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造 工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电 容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制 作在一起，使之具有特定的功能。 集成运算放大电路：最初用于各种模拟信号的运算 （如比例、求和、求差、积分、微分等）上，故 被称为集成运算放大电路，简称集成运放。
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例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV 则：uid = 5mV , uic = 15mV
3.射极耦合差动放大电路
基本差动放大电路靠电路的对称性，在电路的两管集电极c1、 c2间输出，将温度的影响抵消，这种输出我们称为双端输出。而实 际电路中每一个管子并没有任何措施消除零漂，所以，基本差动电 路存在如下问题。 ①由于电路难于绝对对称，所以输出仍然存在零漂。 ②由于每一个管子没有采取消除零漂的措施，所以当温度变化范围 十分大时，有可能差动放大管进入截止或饱和，使放大电路失去放 大能力。 ③在实际工作中，常常需要对地输出，即从c1或c2对地输出(单端输 出)，而这时的零漂与单管放大电路一样，仍然十分严重。 对此，我们提出射极耦合差动放大电路。
共模电压放大倍数：
AuC uo uiC
（很小，<1)
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五. 任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共 模分量。
ui1 ui 2 差模分量: uid 2 ui1 ui 2 共模分量: uic 2
注意：ui1 = uiC + uid ；ui2 = uiC - uid
V1 RB21 RE1
通过变压器，把初级的交流信号传送到次级。而直流电压和 电流通不过变压器。变压器耦合主要用于功率放大电路。 优点：实现交流的传送而直流不能通过。而且可变换电压和 实现阻抗匹配。 缺点：体积大、重量大、频率特性差。
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2.差动放大电路的基本形式
直接耦合电路的特殊问题
R1 RC1 R2 T1 RC2
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3 射极耦合差动放大电路
一、结构
特点：加入射极电阻RE ；加入负电源 -UEE ， 采用正负双电源供电。
由于电路不可能绝对对称。为了使 左右平衡，可设置调零电位器:
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+UCC RC RB T1 ui1 RE –UEE T2 ui2 uo RC RB
双电源的作用： （1）使信号变化幅度加大。UCE= UCC+ UEE - IC(RC + 2RE )
差模电压放大倍数： AC
' U o Au单 (U i1 U i 2 ) RL Aud Au单 U id U i1 U i 2 Rs rbe
uo u o ui1 ui 2 2ui1
(很大，>1)
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四、 共模电压放大倍数AuC
共模输入信号： ui1 = ui2 = uiC （大小相等，极性相同） 理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 但因两侧不完全对称， uo 0
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三、 动态分析
(1)差模(differential mode)电压放大倍数
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三、共模抑制比(CMR)的定义
CMRR — Common Mode Reject Aic
Aud KCMR (dB) = 20 log (分贝) Auc
例: Aud=-200 Auc=0.1 KCMR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB
RE2
V1
－
多级放大电路各级间的连接方式（耦合 方式）有三种：阻容耦合，直接耦合，变 压器耦合
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阻容耦合
＋EC RB11 RC1 C 2 V1 RB21 RE1 RB22 RB12 RC2 ＋ V2 C3 RL Uo
C1 ＋ Rs ＋ Us － Ui －
RE2
－
阻容耦合的优点：由于前后级是通过电容相连的，所以各级 的静态工作点是相互独立的，不互相影响，这给放大电路的 分析、设计和调试带来了很大的方便。 阻容耦合的缺点：不适用传送缓慢变化的信号。更不能传送 直流信号；另外，大容量的电容在集成电路中难以制造，所 以，阻容耦合在线性集成电路中无法采用。
射极电阻RE的作用：
+UCC（+15V） uo RC T2 IE RE ui2 用恒流源代 替RE ，可使 电路进一步 改善 结论： IE具有恒 流特性
RC
T1
ui1
-UEE （-15V）
（2）
RE对共模信号有抑制作用（原理同上，即由 于RE的负反馈作用，使IE基本不变） （3） RE对差模信号相当于短路 ui1 =- ui2 ，设ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = - ie2 IE不变
补充：电流源
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集成电路运算放大器中的电流源
电 流 源 概 述
一、电流源电路的特点：这是输出电流恒定的电路。 它具有很高的输出电阻。
集成运放的电路结构特点
一、因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦 合方式。 二、因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰 等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种差分 放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有源负 载）。 三、因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同，增加 元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电 路形式，以达到提高各方面性能的目的。 四、因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用 有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。 五、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差 异，所以在集成运放中常采用复合形式，以得到各方面性能 俱佳的效果。
在实践中，通常采用多级放大电路对信号进行放大
＋EC RB11 RC1 C 2 V1 RB21 RE1 RB22 RB12 RC2 ＋ V2 C3 RL Uo
RB21 RE1 RB11 V2 RB22 CE1 CB RE2 CE2 T1 RB12 T2 RL ＋EC
C1 ＋ Rs Us － ＋ Ui －
uI uo Ad uI Ac 2
3.2.5 差放电路的几种接法
+UCC RC1 T1 ui1 T3 T4 R3 R2 E T2 RC1 如单端输出,此RC2可去消
RC2
T T
2
RC2
ui2
R1
1
单 端 输 出 , 至 下 一 级
双端输出 双端输入
RE2
-UEE 接法类型：单端输入，双端输入。单端输出，双端输出。
输入电阻 双端输出 单端输出 单端输入
Ri 2( Rb rbe)
RL R e // 2 ; Ac 0; Ro 2 Rc Ad Rb rbe
RL ( Rc // RL) 2 ; Ac Ad ; Ro Rc 2( Rb rbe ) Rb rbe 2(1 ) Re R e //
2. 恒流源不影响差模放大倍数。 3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模 放大倍数减小，从而增加共模抑制 比，理想的恒流源相当于阻值为无 穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。
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补充：电压增益
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RL R 2ic1 Re// R e // L uod 2 2 Ad uid 2ib1 ( Rb rbe ) Rb rbe Ri 2( Rb rbe ) Ro 2 Rc
一、结构
特点：结构对称。
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共模信号 与差模信号
vi1 vi2
线性放
大电路
vo
1 (vi1 vi 2 ) 共模信号输入电压： vic 2 差模信号输入电压： v (v v ) id i1 i2
差模信号：是指在两个输入端加幅度相等， 极性相反的信号。
共模信号 ：是指在两个输入端加幅度相等， 极性相同的信号。
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恒流源差动放大电路
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恒流源差动放大电路
iC IC3 Q UCE3
UCE3
T:放大区
恒流源
IB3
uCE
U ce 直流电阻：Rce Ic
U ce 动态电阻：rce I c
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恒流源差动放大电路
静态分析
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恒流源的作用
1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。
uI uo Ad uI Ac 2
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uOc ( Rc // RL) Ac uic Rb rbe 2(1 ) Re K CMR Ad Rb rbe 2(1 ) Re Ac 2( Rb rbe)
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四种差分放大电路比较
集成运放的组成及其各部分的作用
+ uid

输入级
中间级
输出级
uo
偏置电路
输入级：输入电阻高、静态电流小、共模抑制比高，常 采用差动放大电路。 中间级：采用有源负载的共发射极电路，增益大。 偏置电路：为各级设置合适的静态工作点，镜像电流源， 微电流源。 输出级：线性范围宽、输出电阻小（即带负载能力强）、 非线性失真小等。常用互补共集放大电路构成。
2. 静态分析
直流通路
+UCC RC RB
IC1 IC2
uo
RC
RB
T2
ui1
IB
T1
IE
IB
ui2
RE –UEE
IB
U EE U BE U EE RB 2(1 ) RE 2 RE
IC1= IC2= IC= IB

U EE 2 RE
UCE= UCC+ UEE - IC(RC + 2RE )