差動放大電路原理介紹

1、從電路結構上說， 差動放大電路由兩個完全對稱的單管放大電路組成。 由于電路 具有許多突出優(yōu)點，因而成為集成運算放大器的基本組成單元。 一、差動放大電路的工作原理最簡單的差動放大電路如圖 7-4 所示，它由兩個完全對稱的單管放大電 路拼接而成。在該電路中，晶體管 、T2型號一樣、特性相同，Rbi為輸入回路限 流電阻，Fh為基極偏流電阻，Rs為集電極負載電阻。輸入信號電壓由兩管的基極 輸入，輸出電壓從兩管的集電極之間提取 （也稱雙端輸出 ） ，由于電路的對稱性， 在理想情況下，它們的靜態(tài)工作點必然一一對應相等。圖 7-4 最簡單的差動放大電路1 抑制零點漂移在輸入電壓為零， ui1 = ui2 =

2、 0 的情況下，由于電路對稱，存在 Is1= Is2， 所以兩管的集電極電位相等，即Uci = UC2,故uo = Us1 - U s2 = 0。當溫度升高引起三極管集電極電流增加時，由于電路對稱，存在，導致兩管集電極電位的下降量必然相等，即所以輸出電壓仍為零， 即由以上分析可知， 在理想情況下， 由于電路的對稱性， 輸出信號電壓采 用從兩管集電極間提取的雙端輸出方式， 對于無論什么原因引起的零點漂移， 均 能有效地抑制。抑制零點漂移是差動放大電路最突出的優(yōu)點。但必須注意，在這種最簡 單的差動放大電路中，每個管子的漂移仍然存在。2 動態(tài)分析 差動放大電路的信號輸入有共模輸入、差模輸入、比較輸入

3、三種類型， 輸出方式有單端輸出、雙端輸出兩種。(1) 共模輸入。 在電路的兩個輸入端輸入大小相等、 極性相同的信號電壓， 即 ，這種輸 入方式稱為共模輸入。大小相等、極性相同的信號為共模信號。很顯然，由于電路的對稱性，在共模輸入信號的作用下，兩管集電極電 位的大小、 方向變化相同， 輸出電壓為零 （ 雙端輸出 ） 。說明差動放大電路對共模 信號無放大作用。共模信號的電壓放大倍數為零。（2） 差模輸入。在電路的兩個輸入端輸入大小相等、極性相反的信號電壓，即 ui1 = -ui2 , 這種輸入方式稱為差模輸入。大小相等、極性相反的信號，為差模信號。在如圖 7-4 所示電路中，設 ui1 0 ui2

4、 0，則在 ui1 的作用下， T1 管的集 電極電流增大 ，導致集電極電位下降（為負值）；同理，在Ui2的作用下，T2，導致集電極電位管的集電極電流減小升高（ 為正值 ） ，由于，很顯然，大小相等、一正一負，輸出電壓為uo= 2V ，= 2V ，則uo = -2 - 2 =-4V可見，差動放大電路對差模信號具有較好的放大作用，這也是其電路 名稱的由來。(3) 比較輸入 兩個輸入信號電壓大小和相對極性是任意的，既非差模，又非共模。 在自動控制系統(tǒng)中，經常運用這種比較輸入的方式。例如，我們要將某一爐溫控制在1000 C,利用溫度傳感器將爐溫轉 變成電壓信號作為Ui2加在T2的輸入端。而Uii是一

5、個基準電壓，其大小等于 1000 c時溫度傳感器的輸出電壓。如果爐溫高于或低于1000 C, Ui2會隨之發(fā)生變化，使 ui2 與基準電壓 ui1 之間出現差值。差動放大電路將其差值進行放大， 其輸出電壓為uo = Au(ui1 - u i2).Uii - u i2的差值為正，說明爐溫低于1 000 C,此時uo為負值；反之， uo為正值。我們就可利用輸出電壓的正負去控制給爐子降溫或升溫。差動放大電路是依靠電路的對稱性和采用雙端輸出方式，用雙倍的元 件換取有效抑制零漂的能力。 每個管子的零漂并未受到抑制。 再者，電路的完全 對稱是不可能的。 如果采用單端輸出 (從一個管子的集電極與地之間取輸出

6、電壓 ) 零點漂移就根本得不到抑制。 為此，必須采用有效措施抑制每個管子的零點漂移。 二、典型差動放大電路典型差動放大電路如圖 7-5 所示，與最簡單的差動放大電路相比，該電路增加了調零電位器 R、發(fā)射極公共電阻RE和負電源Ee0圖 7-5 典型差動放大電路 下面分析電路抑制零點漂移的原理、 發(fā)射極公共電阻 RE（ 可以認為調零 電位器RP是Re的一部分）和負電源Ee的作用。由于電路的對稱性，無論是溫度的變化還是電源電壓的波動，都會引 起兩個三極管集電極電流和電壓的相同變化，即，或U01=U02,因此，其中相同的變化量互相抵消,使輸出電壓不變，從而抑制了零點漂移。當然，實際情況是：為了克服電路

7、不完 全對稱引起的零點漂移及減小每個三極管集電極對地的漂移電壓， 電路中增加了 發(fā)射極公共電阻RE,它具有電流負反饋作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。例如溫度升高時，Ti和T2的集電極電流都要增大，它們的發(fā)射極電流會增大，流過發(fā)射極公共電阻的電流也會增大，Re上的電壓增大,T1 和 T2的發(fā)射極電位升高，使減小，則減小，從而抑制了的增加。這樣，由于溫度變化引起的每 個管子的漂移，通過 RE 的作用得到了一定程度的抑制。抑制零點漂移的過程， 如圖 7-6 所示。由溫度變化造成每個三極管輸出電壓的漂移都得到一定程度的抑 制，且RE的阻值越大，抑制零漂的作用就會越強。圖 7-6 抑制零點漂移的過程 由于差模

8、信號使兩個三極管的集電極電流一增一減，只要電路的對稱 性足夠好，其變化量的大小相等，流過 金的電流就等于靜態(tài)值不變，因此 FE對 差模信號的放大基本上不產生影響。既然Re不影響差模信號的放大，為了使FE抑制零漂的作用顯著一些， 其阻值可以取得大一些。但是，在 UCc定的情況下，過大的RE會使管壓降UCe 變小，靜態(tài)工作點下移，集電極電流減小，電壓放大倍數下降。為此，接入負電 源Ee來補償Re上的靜態(tài)壓降（一般使Ee =) ，從而保證兩個三極管合適的靜態(tài)工 作點。在輸入信號電壓為零時，因電路不會完全對稱，會使輸出電壓不等于 零。這時可調節(jié)電位器RP使輸出電壓為零，所以R稱為調零電位器。但因 R會 使電壓放大倍數降低，所以其阻值不宜過大，一般為幾十歐到幾百歐。由以上分析可知， 典型差動