差动放大电路的工作原理

Rc2 15k
+15V
V +V Vic = i 1 i 2 2 V = i 2
R2 1k
Re 15k -Vcc -15V
Vo = Vid × Avd + Vic × Avc
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差动放大电路
双端输出时，Voc=0。 ∴Vo=Vod+Voc=Vod。 即电路和双端输入双端输 出时相同。 单端输出时， ∵Avd >> Avc, ∴Vod >> Voc， Vo=Vod+Voc ≈ Vod。 即电路和双端输入单端输 出时近似。
I B1 = I B 2 =
VCE 1 = VCE 2 = VC − VE = VCC
I C1
β
+ R1 Vi 1k -
Re 15k -Vcc -15V
VCC − RC − ( −VBE ) 2 Re
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差动放大电路
通常双电源的绝对值相同， 如±15V，且Rc1=Rc2=Re。 于是：
+Vcc Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k Rc2 +15V 15k
I Re
0 − VBE − (−Vcc ) = Re ≈ Vcc Re
+ R1 Vi 1k -
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
I C1 = I C 2 ≈ I E1 VCC 1 = I Re = 2 2 Re
Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k +Vcc Rc2 +15V 15k
+ R1 Vi 1k R3 15k + Vo RL 10k T1 T2 Re 1K R2 1k R4 15k +Vcc +15V
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差动放大电路
3. 差动放大电路（采用双电源）
1) 静态工作点计算 设VI1=VI2=0V
Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k +Vcc Rc2 +15V 15k
β和Re越大越好。但Re增大受到IE 的限制。 电流源的内阻为无穷大，又能提供 适当的电流，取代Re可使电路性能 提高。 对于非标准形式电路，结论（*）更 加准确。
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差动放大电路
实际电路
R3 15k + Vo RL 10k T1 T2 R4 15k +Vcc +15V + Vo1 R2 1k R6 6.8k T4 R7 10k -Vcc -12V
+Vcc Rc1 15k Rc2 15k +15V
Vo RL 10k T1
Avd 1
•
+ R1 Vi 1k -
T2
R2 1k
Re 15k -Vcc -15V
但是：RL’=Rc1//RL Ro=Rc
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差动放大电路
共模放大倍数：
' V oc = − β I b 1 R L
+Vcc Rc1 15k R1 1k Vic Vo RL 10k T1 Rc2 +15V 15k
Vic = VR 1 + Vrbe 1 + VRe = I b1 R1 + I b1rbe1 + 2( 1 + β )I b1 Re
Voc Avc = Vic =− R 1 + rbe 1 + 2( 1 + β ) Re
' βRL
T2
R2 1k
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
共模抑制比：
R1 1k
Vic
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
3）电路抑制零漂的能力 实际电路的Avc≠0。好的电路应当对差模信号有足够的放大能力， 对共模信号有足够的抑制能力。即Avd应当尽量大，而Avc应当 尽量小。 或： K CMR =
Avd 越大越好。 Avc
KCMR称为共模抑制比。共模抑制比通常用分贝表示：
+ R1 Vi 1k -
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
差模放大倍数
+Vcc Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k Rc2 +15V 15k
Avd = Av 1 =
RL’=Rc1//(RL/2)
βR
' L
R 1 + rbe 1
+ R1 Vi 1k -
相位则由Vo和Vid的定义方向决定。 差模输入电阻
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+Vcc Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k Rc2 15k +15V
Vi R1 1k
Re 15k -Vcc -15V
差动放大电路
结论： 双端输入双端输出——标准形式（参考电路） 双端输入单端输出——输出电压减半，Ro减半 单端输入双端输出——和标准电路相似 单端输入单端输出——和双入单出相似 双端输入双端输出电路作为标准形式应当和共射电路的公式一起记忆。 如果采用FET构成差放电路，则标准形式和共源电路的公式一起记忆。 （*）
+Vcc Rc1 15k R1 1k Vic Vo RL 10k T1 Rc2 +15V 15k
K CMR
Avd 1 = Avc1
R1 + rbe1 + 2( 1 + β )Re = 2( R1 + rbe1 )
T2
R2 1k
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
• 单端输入时的工作情况 设两个输入端的电压分别为Vi1 和Vi2， Vid为两个输入信号之差； Vic为两个输入信号的平均值
Vi R1 1k Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k Rc2 15k +Vcc +15V
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
对右图所示单端输入电路：
+Vcc
Vid = Vi 1 − Vi 2 = Vi
Vi R1 1k
Rc1 15k
+ Vo RL 10k T1 T2
+ R1 Vi 1k -
T3 R5 6.8k
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差动放大电路
5. 恒流源差放
单端输出时， K CMR =
Avd 1 Avc1
Vi R1 1k Rc1 15k + Vo RL 10k T1 I -Vcc -15V T2 R2 1k +Vcc Rc2 +15V 15k
R1 + rbe1 + 2( 1 + β )Re = 2( R1 + rbe1 )
+ R1 Vi 1k Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k +Vcc Rc2 +15V 15k
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
• 双端输入单端输出时，和双 入双出相比，输入状态不变， 输出电压减半。即放大倍数 减半。
' 1 1 βRL = A vd = 2 2 R 1 + rbe 1
K CMR = 20 lg Avd − 20 lg Avc
即差模增益和共模增益之差。 KCMR越大，说明电路对温漂的抑制 能力越强。
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差动放大电路
4. 差放的四种接法
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 • 前面分析的电路为双端输入双 端输出电路。这个电路可以视 为标准差动放大电路。
差动放大电路
1. 零点漂移（零漂、温漂）
电路输入短路，输出电压仍有缓慢变化
2.
抑制零漂的几种方法
1) 2) 3) 4) 选用高质量的硅管 采用调制技术 用温度敏感元件进行补偿 用温度非线性元件进行补偿
1
差动放大电路
假设T1和T2对称，即两只三极管参 数一致。静态时Vo=Vc1-Vc2 =0V。当温度变化时，Vc1和 Vc2同步变化，仍旧有Vo=Vc1Vc2 =0V。 当加入输入差模信号△ Vid时，T1输 入电压提高△Vid/2，T2输入电 压降低△Vid/2。放大后，T1输 出电压降低△Vo/2， T2输出电 压提高△Vo/2。
2
+Vcc R3 15k + Vo RL 10k T1 T2 Re 1K R2 1k R4 15k +15V
+ R1 Vi 1k -
差动放大电路
Vo Vo / 2 = = Av1 由此可见： Av = Vid Vid / 2
即电路的电压放大倍数等于单个共 射放大电路的电压放大倍数。 当两个输入端并接到一起，且加入 共模信号Vic时，
VCE 1 = VCE 2
1 ≈ VCC 2
+ R1 Vi 1k -
Re 15k -Vcc -15V
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差动放大电路
2） 差模放大能力和共模放 大能力
+Vcc Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k Rc2 +15V 15k
•
差模输入时，Ve电压始 终不变，即ve=0V。交 流通路中e点接地。
Ri = 2( R1 + rbe1 )
Re 15k -Vcc
输出电阻
Ro = 2 Rc1
-15V
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差动放大电路
• 共模输入时，Vห้องสมุดไป่ตู้1和Vc2同 向变化，Voc= Vc1 - Vc2= 0V。
+Vcc Rc1 15k + Vo RL 10k T1 T2 R2 1k Rc2 15k +15V
V Avc = oc = 0 Vic
+ R1 Vi 1k +Vcc R3 15k + Vo RL 10k T1 T2 Re 1K R2 1k R4 15k +15V
Vc 1 = Vc 2 = −
R1 + rbe + ( 1 + β )2 R e
β Rc
Vic
即仍旧有Vo=Vc1-Vc2=0V，Avc=0。
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差动放大电路
两个三极管的温漂电流一致，类 似于共模信号。 显然，差动放大电路（差分式放 大电路）对差模信号具有放 大能力，而对共模信号没有 放大能力，即对温漂有抑制 能力。