差分放大電路：零漂組成直流分析通用PPT課件

1、第一章 差分放大電路differential amplifier直接耦合放大電路 # 一般的集成運算放大器都要采用直接耦合方式1.1 直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象及抑制方法零漂(zero drift)：輸入電壓為零而輸出電壓的變化不為零。原因：電源電壓的波動、元件的老化、半導體器件參數(shù)隨溫 度變化而產(chǎn)生的變化。主要原因是溫度，也稱溫漂。溫漂指標：溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益折 算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。抑制零漂（溫漂）的措施 引入直流負反饋：Q點的漂移，故引入Re穩(wěn)定Q點。 用熱敏元件進行溫度補償：二極管圖2.4.6。 采用差分式放大電路：利用特性相同的管子，使它們 的溫漂

2、相互抵消。1.2 差分式放大電路的組成及其直流分析差分放大電路是構(gòu)成直接耦合多級放大器的基本單元。 一、電路構(gòu)成有零點漂移現(xiàn)象利用對稱克服零點漂移現(xiàn)象對稱電路的射極電阻合二為一為簡化電路,便于調(diào)節(jié)Q點,引入負直流電壓源VEE由兩個結(jié)構(gòu)完全對稱的共射電路組成，通過射極公共電阻Re耦合構(gòu)成。電路參數(shù)理想對稱特點：零輸入時零輸出；差模信號具有放大作用，共模信號抑制作用，即為所謂的“差動” 。差模信號：一對大小相等，極性相反的信號，用uId1、uId2表示， uId1= - uId2。differential共模信號：一對大小相等，極性相同的信號，用uIc1、uIc2表示，uIc1= uIc2 。 c

3、ommon輸入方式單端輸入雙端輸入輸出方式單端輸出雙端輸出差分電路的輸入輸出方式二、長尾式差分放大電路1= 2= UBE1=UBE2= UBErbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBORC1=RC2= RCRb1=Rb2= Rb靜態(tài)分析 uI1=uI2 =0由于電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)對稱，管子特性一致。IBQ1=IBQ2 = IBQICQ1=ICQ2=ICQIEQ1=IEQ2 = IEQUC1=UC2 =UC1.3 差分放大電路對共模信號的抑制作用uIc1=uIc2=uIcib1=ib2 ic1=ic2 ie1=ie2流過Re上的動態(tài)電流：iRe=ie1+ie2=2ieRe上的

4、電壓：uRe=2ieRe因此，從電壓等效的觀點看，相當每管的射極各接有2 Re的電阻。畫交流通路時，單管射極電阻應為2Re。共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)定義為:uocRcuIc1T1Rb2ReIec1uoc1RcuIc2T2Rb2ReIec2uoc2雙端輸出時，當電路完全對稱時，uoc1=uoc2,所以雙端輸出的共模電壓放大倍數(shù)為零，即Ac=0。 單端輸出時的共模電壓放大倍數(shù)為P163 (3.3.17)可見，由于射極電阻2Re的自動調(diào)節(jié)(負反饋)作用，使得單端輸出的共模電壓放大倍數(shù)大為減小。在實際電路中，均滿足ReRC，故|Ac(單)|0.5，即差動放大器對共模信號不是放大而是抑制。共模負

5、反饋電阻Re越大，則抑制作用越強。1.4 差分放大電路對差模信號的放大作用uI1=uId1，uI2=uId2 ，而uId1= - uId2ib1= -ib2 ie1= -ie2 uc1= -uc2流過Re上的交流總電流： ie=ie1+ie2= 0Re上交流壓降為0。因此，畫交流通路時，Re可視為短路，即兩管的發(fā)射極直接接地。即：一管的射極電流增大，另一管的射極電流減小，且增大量和減小量時時相等。因此流過Re的信號電流始終為零，公共射極端電位將保持不變。所以對差模輸入信號而言，公共射極端可視為差模地端，即Re相當對地短路。 由uc1= - uc2可知RL兩端電位一端為正，一端為負，RL的中點應

6、是地電位，即每管對地的負載電阻為RL/2RbRcuId1uoT1RbRcuId2T2uId差模電壓放大倍數(shù)uId1= -uId2 差模電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓與輸入差模電壓之比。在雙端輸出時，輸出電壓為:輸入差模電壓為: RbRcuId1uoT1RbRcuId2T2uIdRL=Rc/(RL/2)與單管增益形式相同，以犧牲一個管子的放大倍數(shù)為代價，來換取低溫漂Ri=2(Rb+rbe)Ro 2 RcP160 (3.3.7)單端輸出時，則IBQ1=IBQ2 = IBQ ， ICQ1=ICQ2=ICQIEQ1=IEQ2 = IEQ ，UCQ1UCQ2VCC=(ICQ1 + ILQ ) RC +UOQ

7、ILQ = UOQ / RL單端輸出時，則Ri=2(Rb+rbe)Ro Rc接T1接T2P163 （3.3.16）沒有ReRi=2(Rb+rbe) Ro 2 Rc雙端輸入單端輸出Ri=2(Rb+rbe)Ro Rc總之：差分電路的動態(tài)分析：差模信號RL=Rc/(RL/2)RL=Rc/RL雙端輸入雙端輸出共模抑制比KCMR衡量差放的一個重要指標為了衡量差動放大電路對差模信號的放大和對共模信號的抑制能力，引入?yún)?shù)共模抑制比KCMR。它定義為差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對值，即common mode rejection ratioKCMR也常用dB數(shù)表示，并定義為 KCMR實質(zhì)上是反映實際差動電

8、路的對稱性。雙端輸出單端輸出 在雙端輸出理想對稱的情況下，因Ac=0,所以KCMR趨于無窮大。但實際的差動電路不可能完全對稱，因此KCMR為一有限值。在單端輸出不對稱的情況下，KCMR必然減小。理想差放的特點：輸入無差別，輸出就不動； 輸入有差別，輸出就變動。對任意信號的分析方法 對于兩個任意信號Ui1、Ui2，分析時可將它們分解成一對共模信號和一對差模信號，然后分別由差模和共模增益來求。Uic = Uic1=Uic2 =(Ui1+Ui2)/2Uid1=-Uid2= Uid /2Uid=(Ui1-Ui2)例：Ui1=10mV Ui2=8mVUic=(Ui1+Ui2)/2=9mV Uid=(Ui

9、1-Ui2) =2mV輸出電壓為： uO=Aduid+Acuic差動放大電路的輸出與兩個輸入電壓的差值成正比，與輸入電壓本身的大小無關(guān)Ac=0時： uO=Aduid已知Ec=12V，Ee=6V，=60 rbb=100 Rc=Rb=Ree=10K RW=100 ,Ui1=5mV, Ui2=3mV求：輸入差模電壓Uid1、Uid2和共模電壓Uic,雙端輸出差模Uod和共模電壓Uoc 解： 求靜態(tài)值例題求Uid1、Uid2、Uic Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2Uic= Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2=（53）/2=4mV=（5-3）/2=1mV求AUd Uod = -31

10、= -311= -31mV 求AUc Uoc 雙端輸出：AUc=0Uoc=0例題單端輸入差放電路的分析Ui1=Ui Ui2=0處理方法：按任意信號處理Uic1=Uic2=(Ui+0)/2= Ui/2Uid1=-Uid2=(Ui-0)/2= Ui/21. 雖然是單端輸入，輸入信號將自動將Ui/2加于T1,- Ui/2加于T2（Ree的負反饋的作用）雙端輸入處理。2.增加了一對共模信號， Uic1=Uic2= Ui/2例題 當溫度變化或電源電壓波動時，都將使集電極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢是相同的，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。 差分放大電路對共模信號有很強的抑制作用，這就意味著差放對由溫度變化或電源電壓波動所引起的輸出漂移有很強的抑制作用。這就是研究共模輸入信號的意義。Iec1Iec2抑制零點漂移電路11.6 改進型差分放大電路為了提高共模抑制比應加大Re 。但Re加大后，為保證工作點不變，必須提高負電源，這是很不經(jīng)濟的。同時集成電路難以制造大電阻，為此可用恒流源來代替Re 。 恒流源動態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。恒流源可提供