差分放大电路1课件

13.2差分放大电路

3.2.1

差分放大电路

3.2.3恒流源式差分放大电路

3.2.2差分放大电路的输入、输出方式13.2差分放大电路3.2.1差分放大电路3.2.21、理解零点漂移（简称零漂）产生的原因差分放大电路专业能力：2、熟练掌握差模信号、共模信号、差模增益、共模增益和共模抑制比的基本概念3、掌握差分放大电路、恒流源电路的构成特点和分析方法21、理解零点漂移（简称零漂）产生的原因差分放大电路专业能力31.集成运放中采用直接耦合放大电路

#为什么一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式？集成运算放大器内部在硅芯片上制作三极管容易，但制作电感和电容不容易，所以集成运算放大器内部尽量使用三极管和电阻，尽量不用电感和电容，实在非得用也是在集成运算放大器构成电路时外接。这就是要采用直接耦合放大电路的原因。

3.2.1

差分放大电路31.集成运放中采用直接耦合放大电路 #为什么一般的集成4缺点：直接耦合放大电路的零点漂移现象零漂：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。原因：由于温度变化、电压的波动和器件的老化等原因引起，造成放大电路的静态工作点发生变化，这个变化被放大电路逐级加以放大并传送到输出端，使输出信号偏离原来的起始点而上下飘动，其中温度是主要原因，故也称温漂。

3.2.1

差分放大电路1.集成运放中采用直接耦合放大电路优点：低频特性好4缺点：直接耦合放大电路的零点漂移现象零漂：输入短路时，输出5例若第一级漂移100uV，若第二级也漂移100uV，则输出漂移1V+10mV。假设减少第一级的漂移是关键漂移100uV漂移

10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV

3.2.1

差分放大电路5例若第一级漂移100uV，若第二级也漂移1006

引入直流负反馈。

用非线性元件进行温度补偿。

在输入端采用差分式放大电路。抑制零漂的措施：

3.2.1

差分放大电路

上图所示电路同时使用引入直流负反馈和非线性元件温度补偿两种方法来稳定Q点。非线性元件D温度补偿过程如下：温度升高时二极管压降UD减小。6引入直流负反馈。抑制零漂的措施：3.2.1差分放大电7结构特点：1、电路结构对称2、有两个输入端3、有两个输出端单端输入双端输入单端输出双端输出4、采用正负电源供电VCC＝VEE2.基本差分放大电路结构

3.2.1

差分放大电路7结构特点：1、电路结构对称2、有两个输入端3、有两个输出端8差分放大电路是构成的演化：有零点漂移现象利用对称克服零点漂移现象2.基本差分放大电路结构

3.2.1

差分放大电路8差分放大电路是构成的演化：有零点漂移现象利用对称克服零点漂9差分放大电路是构成的演化：2.基本差分放大电路结构

3.2.1

差分放大电路引入负直流电压源－VEE来扩大动态范围9差分放大电路是构成的演化：2.基本差分放大电路结构3.10(1)、利用电路对称性抑制温漂（ui1=ui2=0）TICQ1=ICQ2UCQ1=UCQ2Uo=UCQ1–UCQ2=03.

差放抑制零点漂移的原理

3.2.1

差分放大电路10(1)、利用电路对称性抑制温漂（ui1=ui2=0）T11温度TICQIE

=2ICQVEQVBEIBQICQ当vi1

=vi2

=0——抑制温度漂移，稳定静态工作点。自动稳定RE具有强负反馈作用VEQ(2)、利用RE负反馈作用抑制温漂3.

差放抑制零点漂移的原理

3.2.1

差分放大电路11温度TICQIE=2ICQVEQVBEIBQICQ12Task6差动放大电路具有以下特点：（1）这个电路的结构具有对称性。它由两个完全对称的共射电路组成，VT1、VT2的参数相同，对称位置上的电阻阻值也相同。

（2）电路采用正负双电源供电。一是为了扩大动态范围；二是为了输入信号对地（参考点）幅度为负时，需要用双电源放大器，才能保证发射结正偏。

（3）零点漂移被抑制。由于电路的对称性，温度的变化对左右两个晶体管放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大电路同时加入了大小和极性完全相同的输入信号。在电路完全对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，使差动放大电路的输出为零，不会像直接耦合放大电路那样出现漂移电压，从而抑制了放大电路中的零点漂移现象。

3.2.1

差分放大电路12Task6差动134.差模信号与共模信号的概念1）差模输入方式：在差分放大电路的两个输入端分别输入大小相等、极性相反的信号，即ui1=-ui2。

3.2.1

差分放大电路所输入的信号称为差模信号，用表示uid表示：134.差模信号与共模信号的概念1）差模输入方式：在差分放大14差模输入等效

3.2.1

差分放大电路+VCCvodRCT1RBRCT2RBRE–VEE-uid/2uid/24.差模信号与共模信号的概念或14差模输入等效3.2.1差分放大电路+VCCvodRC154.差模信号与共模信号的概念2）共模输入方式：在差分放大电路的两个输入端分别输入大小相等、极性相同的信号，即ui1=ui2。

3.2.1

差分放大电路所输入的信号称为共模信号，用uic表示：154.差模信号与共模信号的概念2）共模输入方式：在差分放大16共模输入等效

3.2.1

差分放大电路4.差模信号与共模信号的概念+VCCvocRCT1RBRCT2RBREE–VEEvic

voc2

voc1ic1ic2ieevee即：16共模输入等效3.2.1差分放大电路4.差模信号与共模173）一般信号电路的输入信号一般是差模和共模信号共存的。可分解为差模分量信号与共模分量信号：

3.2.1

差分放大电路4.差模信号与共模信号的概念173）一般信号电路的输入信号一般是差模和共模信号18根据线性电路叠加定理，可得一般输入信号时差放输出电压的表达式

3.2.1

差分放大电路——差模增益——共模增益4.差模信号与共模信号的概念18根据线性电路叠加定理，可得一般输入信号时差19例题：ui1=10mV,ui2=8mV，Aud＝103，Auc＝0，求uo=?

3.2.1

差分放大电路19例题：ui1=10mV,ui2=8mV，Aud＝20

可见，理想的差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。在理想情况下（电路完全对称的情况下），

但是实际情况是电路不可能绝对对称，实际的输出信号vo不仅取决于差模信号，而且还与共模信号有关。0

3.2.1

差分放大电路4.差模信号与共模信号的概念差模

电压增益共模

电压增益20可见，理想的差分放大电路仅对差模信号具有放大21共模信号应用：差模信号应用：差动放大电路是要放大差模信号，因此称为差分放大电路。

差动放大电路的零点漂移可以看成是一对共模信号。另外，电源电压的波动以及由电源引起的50Hz工频干扰都可以看成是共模输入信号。共模信号被理想的差动放大电路完全抑制掉。

3.2.1

差分放大电路21共模信号应用：差模信号应用：差动放大电22Task6

为了更好地描述差动放大电路放大差模、抑制共模的特性，要看差动放大电路对这两种信号放大倍数的比值。这个比值越大，则放大电路抑制温漂的能力就越强，这个比值被称之为共模抑制比，定义为：5.共模抑制比

3.2.1

差分放大电路22Task623差动放大器有两个对地的输入端和两个对地的输出端，所以信号的输入、输出共有四种输入输出方式:

1.双端输入、双端输出（双入双出）

2.双端输入、单端输出（双入单出）

3.单端输入、双端输出（单入双出）

4.单端输入、单端输出（单入单出）主要讨论的问题有：

差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模输入电阻、输出电阻

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式23差动放大器有两个对地的输入端和两个对地的输出端，所以信号241、双端输入、双端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式(1)差模电压放大倍数Aud

双端输入差放电路如图所示。负载电阻接在两集电极之间。差模信号uid接在两输入端之间，也可看成±uid/2各接在两输入端与地之间。

241、双端输入、双端输出3.2.2差分放大电路的输25一个理想的差动放大电路采用双端输入、双端输出的工作方式时，其差模电压放大倍数为：1、双端输入、双端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式(1)差模电压放大倍数Aud共模抑制比为：(2)共模电压放大倍数Aud25一个理想的差动放大电路采用双端输入、双端输出的工26Task61、双端输入、双端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式(3)差模输入、输出电阻AudTask6差模输入电阻rid差模输出电阻rodRid=2rbe

Rod=2RC26Task61、27Task6

单端输入可以看成是双端输入的一种特例：两个输入信号中的一个为零。例如：ui1=ui，ui2=0，可以有：相当于其中的差模部分为：共模部分为：

所以单端输入和双端输入并没有本质的区别，可以直接利用双端输入时的公式进行计算。2、单端输入、双端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式(1)差模电压放大倍数Aud27Task628（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud及输入输出电阻

单端输出是指差动放大电路中的一个管子的集电极对地向外输出，而另一个管子的输出电压未被利用，所以单端输出时的电压放大倍数是双端输出时的一半。单端输出时的差模电压放大倍数为：单端输出的差动放大电路3、单端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式单端输出时差模输入、输出电阻rod=RC

rid=2rbe

28（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud及输入输出电阻29（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud及输入输出电阻单端输出的差动放大电路3、单端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式单端输出时差模输入、输出电阻rod=RC

rid=2rbe

交流等效电路29（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud及输入输出电阻单30（2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc单3、单端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式30（2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc单3、单端输出31（2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc单（3）单端输出时的共模抑制比KCMR3、单端输出

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式故提高共模抑制比要增加电阻RE31（2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc单（3）单端输出32Task6差动放大电路的四种工作状态及特点比较工作状态性能特点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差模电压放大倍数Aud差模输入电阻rid2rbe2rbe2rbe2rbe差模输出电阻rod2RcRc2RcRc共模抑制比KCMR很高较高很高较高

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式32Task6差动33

(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：

差动放大器动态参数计算总结：双端输出时：

单端输出时：

(2)共模电压放大倍数

与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：

双端输出时：

单端输出时：

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式33(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与34

(3)差模输入电阻

既然与输入无关，无论何种输入方式差模输入电阻Rid都是基本放大电路的两倍。单端输出时，双端输出时，

(4)输出电阻

差动放大器动态参数计算总结：

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式34(3)差模输入电阻既然与输入无关，无论何种35(5)共模抑制比

共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。

双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时的共模抑制比：

差动放大器动态参数计算总结：

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式故提高共模抑制比要增加电阻Re。35(5)共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个36为了使左右平衡，可设置调零电位器。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE具有调零作用的差分放大电路：

3.2.2

差分放大电路的输入、输出方式RPRP36为了使左右平衡，可设置调零电位器。uoui1+V37

已知Ec=12V，Ee=12V，

=60，rbb‘=100Rc=Rb=Ree=10K，RW=100，Ui1=5mV,Ui2=3mV求：1.静态工作点

2.输入差模电压Uid和共模电压Uic,双端输出差模Uod和共模电压Uoc解：求静态值→Q例题137已知Ec=12V，Ee=12V，=60，rb38解：求静态值→Q例题1

已知Ec=12V，Ee=12V，

=60，rbb‘=100Rc=Rb=Ree=10K，RW=100，Ui1=5mV,Ui2=3mV求：1.静态工作点

2.输入差模电压Uid和共模电压Uic,双端输出差模Uod和共模电压Uoc38解：求静态值→Q例题1已知Ec=12V，Ee39求Uid、Uic

Uid=Ui1-Ui2Uic=Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2=（5＋3）/2=4mV=5-3=2mV求AUd

→Uod

=-31=-312=-62mV求AUc

→Uoc

双端输出：AUc=0→

Uoc=0例题139求Uid、UicUid=Ui1-Ui2Uic=Uic40总结重点难点重点：

(1)差模信号、共模信号、差模增益、共模抑制比的基本概念。

(2)差分放大电路的组成、工作原理。

(3)差分放大电路的静态、动态分析、计算。难点：在差模和共模时对两个电阻（RW和RE）的处理40总结重点难点重点：411．差动放大电路中，当差模放大倍数一定时，电路的共模放大倍数越大，说明()A．电路中温度漂移越大B．电路对有用信号的放大能力越强C．电路对有用信号的放大能力越弱D．电路对温度漂移抑制能力越差2．差动放大电路由双端输入变为单端输入，差模电压增益是()。

A．增加1倍

B．为双端输入时的1/2

C．不变

D．不确定习题CD411．差动放大电路中，当差模放大倍数一定时，423．有公共发射极电阻的差动放大电路中，电阻的主要作用是()。A．提高差模输入电阻B．提高差模电压增益C．提高共模抑制比D．提高共模电压增益4．差动放大电路抑制零点漂移的效果取决于()。

A．两个三极管的放大倍数

B．两个三极管放大电路的对称程度

C．每个三极管的穿透电流大小

D．外界温度的变化习题CB423．有公共发射极电阻的差动放大电路中，电阻43习题43习题44习题44习题45习题45习题46集成运放内部结构46集成运放内部结构47Task6理想的差动放大电路由于其电路的对称性，在双端输出时可以把温漂抑制掉。但在实际电路中，要做到电路完全对称是不可能的，因此，基本差动放大电路存在着以下一些问题：（1）由于电路的不对称性，电路的输出端仍然会有温漂信号输出。（2）在实际电路中，常常需要单端输出信号，而这时电路的温漂现象仍然比较严重，只不过是比单管基本放大电路增加了一些抑制温漂的能力而已，远达不到实际应用的要求。为了解决上述问题，需要在基本差动放大电路的基础上加以改进，采用恒流源式差动放大电路，即提高共模抑制比。

3.2.3

恒流源式差分放大电路47Task648

为了提高共模抑制比应加大Re

。但Re加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是很不经济的。同时集成电路难以制造大电阻，为此可用恒流源来代替Re

。

恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。恒流源可提供一个稳定的偏流，同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源。

3.1.3

恒流源式差分放大电路48为了提高共模抑制比应加大Re49Task6

图中恒流源由VT3构成，为使集电极电流稳定，采用了Rb1和Rb2及RE构成的分压式偏置电路。

特点：当温度变化时，VT3的发射极电位和发射极电流也基本保持稳定。

因：两个放大管的集电极电流ic1、ic2之和近似等于ic3，所以：ic1和ic2将不会因温度的变化而同时增大或减小，恒流源VT3起到了抑制共模信号变化的作用。恒流源式差动放大电路

3.2.3

恒流源式差分放大电路为什么叫做恒流源式差动放大电路？49Task650恒流源电路的简化画法及电路调零措施

3.2.3

恒流源式差分放大电路50恒流源电路的简化画法及电路调零措施3.2.3恒流源式51例

图示电路，设三极管的β＝100。

(1)求静态工作点；

(2)求差模放大倍数；

(3)当vi为一直流电压16mV时，计算VTl，VT2集电极对地的直流电压。解(1)RE上的电压vovi51例图示电路，设三极管的β＝100。

(1)求静态工52(2)