模电第13讲 差分放大电路

RW 2
R =2(R +rbe)+(1+β)RW i b
RL 2 )
Ad = −
β ( Rc //
RW Rb + rbe + (1 + β ) 2
2. 场效应管差分放大电路
Ad = − g m Rd Ri = ∞ Ro = 2Rd
讨论一
若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？ uIc=？ ， ， ？ ？ uId=5mV ，uIc=7.5mV
I EQ 1+ β
，
U CEQ = U CQ − U EQ ≈ VCC − I CQ Rc + U BEQ
2. 抑制共模信号
共模信号：数值相等、 共模信号：数值相等、极性相同的 输入信号， 输入信号，即
uI1 = uI2 = uIc
∆iB1 = ∆iB2 ∆iC1 = ∆iC2 ∆uC1 = ∆uC2
产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。 产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶 体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。 体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。 克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路： 典型电路：差分放大电路
第十三讲 差分放大电路
一、零点漂移现象及其产生的原因 二、长尾式差分放大电路的组成 三、长尾式差分放大电路的分析 四、差分放大电路的四种接法 五、具有恒流源的差分放大电路 六、差分放大电路的改进
一、零点漂移现象及其产生的原因
1. 什么是零点漂移现象：∆uI＝0，∆uO≠0的现象。 什么是零点漂移现象： 的现象。 ， 的现象
K CMR Ad = Ac
在参数理想对称的情况下，K CMR = ∞。
在实际应用时，信号源需要有“ 接地” 在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免 干扰；或负载需要有“ 接地” 以安全工作。 干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况， 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种 接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、 接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。 入双端输出、单端输入单端输出。
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 的共模负反馈作用： 如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓ ℃ 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
3. 放大差模信号
差模信号：数值相等， 差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号， 的输入信号，即
Rb是必要的吗？ 是必要的吗？
I EQ
VEE − U BEQ ≈ 2 Re
1. Q点 点
晶体管输入回路方程： 晶体管输入回路方程：
VEE = I BQ Rb1 + U BEQ + 2 I EQ Re
通常，Rb较小，且IBQ很小，故 很小， 通常， 较小，
I EQ ≈
VEE − U BEQ 2Re
I BQ =
c
d
倍吗？ （3）双端输出时的 d是单端输出时的 倍吗？ ）双端输出时的A 是单端输出时的2倍吗
2. 单端输入双端输出
共模输入电压 差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入： 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
uId = uI
u =u /2 Ic I
2. 单端输入双端输出
问题讨论： 问题讨论： 产生的原因？ （1）UOQ产生的原因？ ） （2）如何减小共模输出 ） 电压？ 电压？ 静态时的值
uI1 = −uI2 = uId / 2
∆iB1 = −∆iB2 ∆iC1 = −∆iC2 ∆uC1 = −∆uC2 ∆uO = 2∆uC1
中电流不变， 对差模信号无反馈作用。 △iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。 －
差模信号作用时的动态分析
为什么？ 为什么？
∆uId = ∆iB ⋅2(Rb +rbe)
U CQ2 = V CC = 15 V
（ 2）先求出输出电压变化量 ， 再求解差模放大倍数 ， ） 先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数， 最后求出输入电压，如下： 最后求出输入电压，如下： △uO＝uO－UCQ1≈－1.23V
26mA rbe = rbb ' + (1 + β ) ≈ 5.1kΩ I EQ
四、差分放大电路的四种接法
1. 双端输入单端输出：Q点分析 双端输入单端输出： 点分析
由于输入回路没有变 VEE =RI BQ Rb1 + U BEQ + 2 I EQ Re L 所以I 化，所以 EQ、IBQ、ICQ CQ1 = U ⋅ VCC − I CQ ( Rc ∥ RL ) Rc VEE − U BEQ + RL 与双端输出时一样。 与双端输出时一样。但 I EQ I EQ ≈ 2Re R I BQ = 1 + β ， 是UCEQ1≠ UCEQ2。 U =V − I
uI uO = Ad ⋅ u I + Ac ⋅ + U OQ 2
差模输出 共模输出
参数对称时,UoQ=0。Ac=0
R L ) β ( R c ∥ 3. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下2 四种接法的比较：电路参数 双端输出： A d 参数理想对称条件下 双端输出： = R b + r be
输出方式： 点 输出方式：Q点、Ad、 Ac、 KCMR、 o均与之有关。
' RL = Rc ∥ RL ≈ 6.67kΩ ,
V
I CQ1 = I CQ2 = I CQ ≈ I EQ ≈
' CC
RL = ⋅ VCC = 5V Rc + RL
V EE − U BEQ = 0 . 265 mA 2 Re
' ' U CQ1 = V CC − I CQ R L ≈ 3 . 23 V
例电路如图所示，晶体管的 例电路如图所示，晶体管的β=50 rbb ' =100 。
（ 1）计算静态时 1 管和 2 管的集电极电流和集电极电位 ； ） 计算静态时T 管和T 管的集电极电流和集电极电位； （2）用直流表测得 O=2V，uI=？若uI=10mv，则uO=？ ）用直流表测得u ， ？ ， ？ 解 ： （1）用戴维宁定理 计算出 左 边 电路 的 等效 电阻和电源为
五、具有恒流源的差分放大电路
等效电阻 为无穷大
近似为 恒流
R2 I 2 >> I B3，U R = ⋅ VEE R1 + R2
2
R2 ⋅ VEE − U BEQ R1 + R2 IE3 ≈ R3
六、差分放大电路的改进
1. 加调零电位器 W 加调零电位器R
1) RW取值应大些？还是小 取值应大些？ 些？ 2) RW对动态参数的影响？ 对动态参数的影响？ 3) 若RW滑动端在中点，写 滑动端在中点， 的表达式。 出Ad、Ri的表达式。
K
CMR
R b + r be + 2 (1 + β ) R e = R b + r be
1. 双端输入单端输出：问题讨论 双端输入单端输出：
Ad =
1 β (Rc ∥ RL ) 2 − 2）什么情况下 为Ad = − ⋅ （ ）什么情况下A “＋”？ R b + rbe 2 Rb + rbe
可以短路吗？ （1）( R Rc可以短路吗？ ）T2的 ∥ R L ) β
I BQ1 = I BQ 2 = I BQ I CQ1 = I CQ 2 = I CQ I EQ1 = I EQ 2 = I EQ U CQ1 = U CQ 2 = U CQ uO = U CQ1 − U CQ 2 = 0
VEE = I BQ Rb1 + U BEQ + 2 I EQ Re 很小， 因为Rb小，且 I BQ很小，所以
CMR
β (Rc∥ RL)
2(R R =
c
+ r be )
b
β (Rc∥ RL) + r be + 2 ( 1 + β ) R e R b + r be + 2 ( 1 + β ) R
2(R
b
e
+ r be )
o
= R
五、具有恒流源的差分放大电路
为什么要采用电流源？ 为什么要采用电流源？ Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的 c 越大，共模负反馈越强，单端输出时的A 越小， 越大，差分放大电路的性能越好。 越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，Re 越大，VEE越大，以 但为使静态电流不变， 越大， 至于R 太大就不合理了 不合理了。 至于 e太大就不合理了。 需在低电源条件下，得到趋于无穷大的R 需在低电源条件下，得到趋于无穷大的 e。 解决方法：采用电流源！ 解决方法：采用电流源！
uO = uC1 − uC2 = (uCQ1 + ∆uC1 ) − (uCQ2 + ∆uC2 ) = 0
∆uOc 共模放大倍数 Ac = ，参数理想对称时Ac = 0 ∆uIc
2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用
∆uOc 共模放大倍数 Ac = ∆uIc 参数理想对称时Ac = 0
对于每一边 电路， 电路，Re=?
长尾式差分放大电路的组成特点
典型 电路
为差模信号, 为差模信号 信号特 点？ 能放大
在理想对称的情况下： 在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 克服零点漂移； 2. 零输入零输出。 零输入零输出。 3.为差模信号时 能放大 为差模信号时,能放大
三、长尾式差分放大电路的分析
1. Q点：令uI1= uI2=0 点
二、长尾式差分放大电路的组成
零点 漂移 零输入 零输出 若V与UC的 与 变化一样， 变化一样， 则输出电压 就没有漂移
参数理想对称： 参数理想对称： Rb1= Rb2，Rc1= Rc2， Re1= Re2; T1、T2在任何温度 下特性均相同。 下特性均相同。
为共模信号, 为共模信号 信号特点？ 信号特点？ 能否放大？ 能否放大 不能放大 ？
CQ2 CC CQ c
1. 双端输入单wenku.baidu.com输出：差模信号作用下的分析 双端输入单端输出：
Ad
1 β (Rc ∥ RL ) = − ⋅ 2 R b + r be
Ri = 2 ( Rb + rbe )， Ro = Rc
1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析 双端输入单端输出：
β ( Rc ∥ RL ) 1 β ( Rc ∥ RL ) Ac = − Ad = − ⋅ Rb + rbe + 2(1 + β ) Re 2 Rb + rbe
CMR
输入方式： 均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入， 输入方式： Ri均为 ；双端输入时无共模信号输入， A c = 0 单端输入时有共模信号输入。 单端输入时有共模信号输入。
K R
o
= 2 R
b
= R∞ 、 均与之有关。 均与之有关。
c
单端输出： 单端输出：
Ad = Ac = K R
Ad = −
ββR'R ' L
2 ( R b + rbe )
≈ − 32 . 7
若uI=10mv，则 ，
∆ ∆uO uI = ≈ 37.6mV Ad
∆uO = Ad uI ≈ −0.327V uO = U CQ1 + ∆uO ≈ 2.9V
差模放大倍数
∆uOd
RL = −∆iC ⋅ 2( Rc ∥ ) 2
∆uOd Ad = ∆uId
RL β ( Rc ∥ ) 2 Ad = − R b + rbe
R i = 2 ( R b + rbe ) ， R o = 2 R c
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR 动态参数：
共模抑制比K 共模抑制比 CMR：综合考察差分放大电路放大差模信号 的能力和抑制共模信号的能力。 的能力和抑制共模信号的能力。