第11-直流放大器..ppt

,第11章直流放大器,11.1差动放大器的基本概念11.2典型差动放大电路,11.1差动放大器的基本概念11.1.1零点漂移实际的直流放大器，当输入信号电压为零时，输出信号电压不为零，而是作不规则的缓慢变化，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。产生零漂的原因很多，但主要是由于温度、电源电压等变化引起各级静态工作点电压的缓慢变化，且这种变化会被逐级放大，最终使输出静态电压偏离原定值而作不规则的变动。衡量零漂的指标有温度漂移和时间漂移两种。温度漂移是指温度变化1所产生的漂移电压折合到输入端的数值；时间漂移是指在一定时间(例如24小时)内漂移的电压折合到输入端的最大漂移值。,交流放大器由于级间电容的隔直流作用，因而几乎不存在零漂。但零漂会严重影响直流放大器的正常工作，尤其是当输入的有用信号比较微弱时，零漂所造成的虚假信号会淹没掉有用信号，使放大器失去放大作用。例如，一放大器的Au=1000，输出电压漂移为200mV，折合成输入端的漂移电压为Uid=200/1000=0.2mV。这时若输入信号电压小于0.2mV，则有用信号就会被漂移电压所淹没。,11.1.2基本差动放大器基本差动放大器由两个参数完全相同的单管共发射极放大器构成，如图11.1所示。电路中每一个单管共发射极放大器称为单边放大器。差动放大电路有两种信号输入方式：双端输入和单端输入；有两种信号输出方式：双端输出和单端输出。根据不同的输入和输出方式，有四种不同的组合：双端输入双端输出，如图11.1所示，输出电压取两管集电极的电位之差；双端输入单端输出，从一个管子的集电极对地取输出电压；单端输入双端输出，输入信号加在两个输入端，但一个输入端接地；单端输入单端输出。,图11.1基本差动放大器,1.工作原理差动放大器采用双端输出时对零漂有很强的抑制作用。因为在某一温度，当输入信号为0时，则因电路对称，两管的集电极对地电位相等，即UC1=UC2，从而输出电压为零，即uo=UC1UC2=0，实现了零输入时零输出。当温度升高时，三极管V1、V2的集电极电流IC1和IC2增大，集电极对地电位UC1和UC2下降，但由于电路对称，两管集电极电流的变化量也相等，即IC1=IC2，两管的集电极对地电位的变化量也相等，即UC1=UC2，这时的双端输出电压仍为零。这就是说，尽管每一个单边放大器的静态工作点随着温度的变化而改变(即有零漂)，但零输入时，差动放大电路的双端输出电压始终为零，即不存在零漂。,2.放大作用设差动放大器的两个输入信号分别为ui1和ui2，两个单边放大器的放大倍数分别为AV1、AV2，则两管的集电极对地之间的输出信号电压为uo1=AV1ui1，uo2=AV2ui2两个集电极之间的输出电压为uo=uo1uo2=AV1ui1AV2ui2由于电路对称，AV1=AV2=AV，则uo=AV(ui1ui2)(11.1),1)差模放大作用如图11.1所示，输入信号ui通过两个相同的电阻R可分成两个大小相等、极性相反的差模信号，即ui1=ui/2和ui2=ui/2,分别加到两个单边放大器的输入端。这种输入方式称为差模输入。此时的输出电压为uo=AV(ui1ui2)=AVui若用差模放大倍数Ad表示差动放大器对差模信号的放大作用，则Ad=uo/ui=AV(11.2)即差动放大器对差模信号的电压放大倍数与单边放大器相同。,2)共模放大作用若差动放大器中的两个单边放大器完全对称，且输入共模信号ui1=ui2=uic，则输出电压uo=AV(ui1ui2)=0用Ac表示差动放大器对共模信号的放大倍数，简称共模放大倍数，则Ac=uo/uic=0即差动放大器对共模信号无放大作用。由于实际的差动放大器不可能完全对称，则uo0，Ac0，但由于Ac远小于Ad，因此差动放大器对共模信号仍有很强的抑制能力。,3)共模抑制比为了衡量抑制零漂的效果，需要使用一定量指标，称为共模抑制比。差动放大器的差模放大倍数与共模放大倍数的比值定义为共模抑制比，用CMRR(CommonModeRejectionRation)表示，即,(11.3),共模抑制比也可用分贝表示，即,CMRR越大则电路抑制零漂的能力越强，理想情况下这个比值是无穷大的。一般差动放大器的CMRR约为60dB，较高水平的为120dB。,11.2典型差动放大电路1.电路组成基本差动放大电路对零漂的抑制是靠两个管子集电极电位的漂移相互抵消而实现的，虽然双端输出的零漂被抑制，但并没有抑制单管的零漂。电路不对称，抑制零漂的效果就要受到限制。若采用单端输出，就根本没有抑制零漂的作用。为了进一步减小单边放大器的零漂，使双端输出的零漂更好地被抑制，把基本差动放大电路改进成如图11.2所示的电路，称为典型差动放大器。,图11.2典型差动放大器,图11.2中RE上通过的电流近似为2IE，作用是通过其电流负反馈抑制共模信号，例如温度升高时负反馈的过程如下：,2对差模信号的放大差动放大电路在接入RE后，对差模信号的放大没有影响。因为对于差模信号，由于电路对称，两管的集电极电流一个在增加，一个在减小，且增加与减小的数量相等，因此RE上的电压保持不变，即RE对差模信号没有反馈作用。典型差动放大器的差模等效电路如图11.3所示。,图11.3典型差动放大器的差模等效电路(a)差模信号通路；(b)单管微变等效电路,1)差模电压放大倍数差动放大器的电压放大倍数Ad与单管放大器的AV相同，即,(11.4),由式(11.4)可知，RC越大，RB1越小，Ad越大。RW不宜过大，一般为几十到几百欧姆。采用单端输出时的差模电压放大倍数Ad单应为双端输出时差模电压放大倍数Ad的一半，即,(11.5),2)差模输入电阻rid和差模输出电阻rod由图11.3(b)知差模单管电路的输入电阻为,(11.6),差动放大电路的差模输入电阻应是两个输入端所呈现的电阻，大小应为两个差模单管电路输入电阻的串联值，即,(11.7),差模单管电路的输出电阻为rod单RC(11.8),差动放大电路的差模输出电阻应是两个输出端所呈现的电阻，大小应为两个差模单管电路输出电阻的串联值，即rod2RC(11.9),3.对共模信号的抑制对共模信号而言，相当于在发射极接了2RE，故共模信号通路如图11.4(a)所示，单管共模等效电路如图11.4(b)所示。,图11.4典型差动放大器的共模等效电路(a)共模信号通路；(b)单管共模等效电路,从图11.4(a)可得到单端输出的共模电压放大倍数为,(11.10),考虑到RE很大，上式可化为,式(11.11)表明，只要RE选得足够大，则单端输出的共模电压放大倍数Ac单也能远小于1，即在单端输出时也能对共模信号进行有效的抑制，共模抑制比为,(11.11),(11.12),对于双端输出，若电路理想对称，则Ac=0，CMRR=。但实