模电chapter63

1、主要内容链接主要内容链接F 6.3 差分式放大电路差分式放大电路 1. 放大电路的组成放大电路的组成 2. 信号的输入和输出方式信号的输入和输出方式 3. 差模信号和共模信号差模信号和共模信号 4. 差放对输入信号的作用差放对输入信号的作用 5. 差放抑制零漂的原理差放抑制零漂的原理 6. 差放电路的改进差放电路的改进 7. 差放电路的分析差放电路的分析 8. 共模抑制比共模抑制比 9. 带射极恒流源的差放带射极恒流源的差放 10. 差放的传输特性差放的传输特性 11. FET差分式放大电路差分式放大电路6.3 差分式放大电路差分式放大电路（课本（课本6.2节内容）节内容）1. 放大电路的组成

2、放大电路的组成差分式放大电路差分式放大电路( (简称简称差放差放) )是由两个完全对称的共是由两个完全对称的共射放大电路构成。对称的含义是指两个三极管的特射放大电路构成。对称的含义是指两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。性一致，电路参数对应相等。2. 信号的输入和输出方式信号的输入和输出方式(1) 信号的输入方式信号的输入方式差放有差放有两个输入端两个输入端(T1和和T2管的基极管的基极)，如果两个输入，如果两个输入端同时有信号输入，或是一个信号从两个输入端之间端同时有信号输入，或是一个信号从两个输入端之间接入，称接入，称双端输入双端输入；如果仅有一个输入端有信号输入；如果仅有一个输入端有

3、信号输入(另一端对地短路另一端对地短路)，则称，则称单端输入单端输入。2. 信号的输入和输出方式信号的输入和输出方式差放有差放有两个输出端两个输出端(T1管和管和 T2管的的发射极管的的发射极c2)，如，如果信号从果信号从c1和和c2之间提取之间提取(下图中的下图中的vo)，则称，则称双端输双端输出出；如果信号从；如果信号从c1和地之间或和地之间或c2和地之间提取和地之间提取(下图下图中的中的vo1或或vo2)，则称，则称单端输出单端输出。(2) 信号的输出方式信号的输出方式3. 差模信号和共模信号差模信号和共模信号差模信号：差模信号：指在两个输入端加上幅度相等、极性相指在两个输入端加上幅度相

4、等、极性相反的信号。反的信号。(vi1=vi2)1mV1mV3. 差模信号和共模信号差模信号和共模信号共模信号：共模信号：指在两个输入端加上幅度相等、极性相指在两个输入端加上幅度相等、极性相同的信号。同的信号。(vi1=vi2)1mV1mV如果差放两端的输入信号为任意信号如果差放两端的输入信号为任意信号vi1和和vi2，则：，则： 22222121221211iiiiiiiiiivvvvvvvvvv为差模输入信号为差模输入信号为共模输入信号为共模输入信号222121iiiivvvv 表示表示称为差模输入电压，用称为差模输入电压，用表示表示用用也称为共模输入电压，也称为共模输入电压，idiiic

5、iivvvvvv21212 7mV1mV mVvmVvii7121mVvvii3221 mVvvii4221 共 模 输 入共 模 输 入电压电压-3mV差 模 输 入差 模 输 入电压电压8mV4. 差放对输入信号的作用差放对输入信号的作用icociiocVCvvvvvA 2 21共模电压增益：共模电压增益：(1) 对共模信号的作用对共模信号的作用输入共模信号时：两半电路的电流、电压变输入共模信号时：两半电路的电流、电压变化完全相同，输出电压化完全相同，输出电压voc vc1 vc2 0。说。说明明差放对共模信号有抑制作用差放对共模信号有抑制作用。idodiiodVDvvvvvA 21差模电

6、压增益：(2) 对差模信号的作用对差模信号的作用输入差模信号时：两半电路的电流、电压变输入差模信号时：两半电路的电流、电压变化完全相反，输出电压化完全相反，输出电压vod vc1 vc2 较大。较大。说明说明差放对差模信号有放大作用差放对差模信号有放大作用。例例 题题 1设一差放电路的设一差放电路的vi1=25mV， vi2=10mV， AVD = 100， AVC=0，求差模输入电压，求差模输入电压vid、共模输、共模输入电压入电压vic和输出电压和输出电压vo vO1- vO2各为多少各为多少? (242页，页，6.2.3)icocVCidodVDvvAvvA mVvvviiid1521

7、mVvvviiic5 .17221 VvAvAvvvicVCidVDocodo5 . 1 5. 差放抑制零漂的原理差放抑制零漂的原理令电路的输入信号为零，由于电路对称，当温度或令电路的输入信号为零，由于电路对称，当温度或外界条件发生变化时，外界条件发生变化时， T1管和管和T2管的集电极电流、管的集电极电流、电位均发生相同的变化，则从电位均发生相同的变化，则从c1、c2之间取出的信之间取出的信号号vo vc1- vc2 0。这就是。这就是利用特性相同的两管组成利用特性相同的两管组成对称电路，利用互相补偿来抑制零点漂移的原理对称电路，利用互相补偿来抑制零点漂移的原理。由于差放对零漂的由于差放对零

8、漂的抑制作用，常作为抑制作用，常作为多级直接耦合放大多级直接耦合放大电路的电路的输入级输入级使用使用5. 差放抑制零漂的原理差放抑制零漂的原理令电路的输入信号为零，由于电路对称，当温度或令电路的输入信号为零，由于电路对称，当温度或外界条件发生变化时，外界条件发生变化时， T1管和管和T2管的集电极电流、管的集电极电流、电位均发生相同的变化，则从电位均发生相同的变化，则从c1、c2之间取出的信之间取出的信号号vo vc1- vc2 0。这就是。这就是利用特性相同的两管组成利用特性相同的两管组成对称电路，利用互相补偿来抑制零点漂移的原理对称电路，利用互相补偿来抑制零点漂移的原理。由于差放对零漂的由

9、于差放对零漂的抑制作用，常作为抑制作用，常作为多级直接耦合放大多级直接耦合放大电路的电路的输入级输入级使用使用 6. 差放电路的改进差放电路的改进(1) 原理电路存在的问题原理电路存在的问题 无法调零无法调零 单端输出时，对零漂没有抑制力单端输出时，对零漂没有抑制力 (2) 改进的电路改进的电路(射极耦合式差放电路或长尾电路射极耦合式差放电路或长尾电路)Rw：调零电位器，调零电位器，使输入信号为零使输入信号为零时输出信号时输出信号vo=0。几十几百欧姆几十几百欧姆Re：抑制零漂；对共模信号起抑制作用，降低抑制零漂；对共模信号起抑制作用，降低AVC；对差模信号，相当于交流短路。对差模信号，相当于

10、交流短路。因为有因为有Re和和-VEE，所以射极偏置电阻，所以射极偏置电阻Rb可以去除可以去除-VEE：提供提供Re的压降的压降双端输出，不带负载 7. 差放电路的分析差放电路的分析(忽略忽略Rw)(1) 静态分析静态分析单端输出，不带负载单端输出，带负载双端输出，带负载(a) 双端输出、不带负载的单端输出双端输出、不带负载的单端输出eBEEEBBeBEEeBEEERVVIIRVIRVV)1(2)1(2 2 CEBCIIII 0BVcCCCCRIVV BEBEVVV (b)带负载的单端输出带负载的单端输出CLCcCCCIRVRVV 11eBEEEBBeBEEeBEEERVVIIRVIRVV)1

11、(2)1(22 CEBCIIII 0BVBEBEVVV cCCCCRIVV 2)/()(1LcCcCCCRRIRVV (2) 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析v 双端输入双端输出双端输入双端输出v 双端输入单端输出双端输入单端输出v 单端输入双端输出单端输入双端输出v 单端输入单端输出单端输入单端输出v 差模信号差模信号v 共模信号共模信号v 电压增益电压增益v 输入电阻输入电阻v 输出电阻输出电阻适用于输入、输出信号不需要一端接地的场合，适用于输入、输出信号不需要一端接地的场合，常作为多级直接耦合放大电路的输入级、中间级常作为多级直接耦合放大电路的输入级、中间级(a) 双端输

12、入双端输出双端输入双端输出. . 输入差模信号输入差模信号对差模输入信号，对差模输入信号，A点点相当于交流接相当于交流接地点，负载电阻地点，负载电阻RL的中点的中点(B点点)也也相当于交流接地相当于交流接地点。点。示意图示意图1示意图示意图221iiodVDvvvA 电路以成倍的元器件电路以成倍的元器件换取抑制零漂的能力换取抑制零漂的能力1122iodvv 差模电压增益：差模电压增益：11iodvv beLcrRR)2/( beidrR2 差模输入电阻差模输入电阻：coRR2 差模输出电阻差模输出电阻：. . 输入共模信号输入共模信号1212iociiocVCvvvvvA 共模电压增益：共模电

13、压增益：示意图示意图30 2)1(21ebeicRrR 共模输入电阻：共模输入电阻：ebeiRrR2)1( coRR2 共模输出电阻：共模输出电阻：将双端输入信号转换为单端输出信号，可用于前将双端输入信号转换为单端输出信号，可用于前级是差放、后级是基本放大电路的情况，常作为级是差放、后级是基本放大电路的情况，常作为多级直接耦合放大电路的输入级和中间级。多级直接耦合放大电路的输入级和中间级。(b) 双端输入单端输出双端输入单端输出beLciodiodiiodVDrRRvvvvvvvA)/(2121211211 差模电压增益：. . 输入差模信号输入差模信号. . 输入差模信号输入差模信号beLc

14、iodiodiiodVDrRRvvvvvvvA)/(2121221212 差模电压增益：差模电压增益：vi2同相输入端同相输入端：输出信号极性与输入信号相同，则：输出信号极性与输入信号相同，则该输入端称为同相输入端。该输入端称为同相输入端。反相输入端反相输入端：输出信号的极性与输入信号相反，：输出信号的极性与输入信号相反，则该输入端称为反相输入端。则该输入端称为反相输入端。若信号从若信号从c1输出：输出：b1是反相输入端是反相输入端b2是同相输入端是同相输入端若信号从若信号从c2输出：输出：b1是同相输入端是同相输入端b2是反相输入端是反相输入端beidrR2 差模输入电阻：codRR 差模输

15、出电阻：ebeLciociiocVCRrRRvvvvvA)1(2)/( 21211 共模电压增益：共模电压增益：. . 输入共模信号输入共模信号21VCVCAA . . 输入共模信号输入共模信号. . 输入共模信号输入共模信号2)1(21ebeicRrR 共 模 输 入 电 阻 ：共 模 输 入 电 阻 ：ebeiRrR2)1( . . 输入共模信号输入共模信号cocRR 共模输出电阻：共模输出电阻：(c) 单端输入双端输出单端输入双端输出将单端输入信号转换为双端输出信号，可用于将单端输入信号转换为双端输出信号，可用于前级是基本放大电路、后级是差放的情况，常前级是基本放大电路、后级是差放的情况

16、，常作为多级直接耦合放大电路的输入级。作为多级直接耦合放大电路的输入级。 2222112111iiiiiivvvvvv将单端输入信号分解为一对差模分量和一对将单端输入信号分解为一对差模分量和一对共模分量：共模分量：电路相当于电路相当于双端输入：双端输入：电路的分析和电路的分析和双端输入双端输出双端输入双端输出情况一样，情况一样，电压增益、输入电阻、输出电阻等参数也电压增益、输入电阻、输出电阻等参数也和和双入双出双入双出一样。一样。 2211iivv共模信号：差模信号：(d) 单端输入单端输出单端输入单端输出用于输入、输出都有一端接地的场合，例如电用于输入、输出都有一端接地的场合，例如电路的前级

17、、后级均是基本放大电路的场合。路的前级、后级均是基本放大电路的场合。 2222112111iiiiiivvvvvv将单端输入信号分解为一对差模分量和一对将单端输入信号分解为一对差模分量和一对共模分量：共模分量：电路相当于电路相当于双端输入：双端输入：电路的分析和电路的分析和双端输入单端输出双端输入单端输出情况一样，情况一样，电压增益、输入电阻、输出电阻等参数也电压增益、输入电阻、输出电阻等参数也和和双入单出双入单出一样。一样。 2211iivv共模信号：差模信号：总总 结结差差 模模 信信 号号共共 模模 信信 号号双双端端输输出出单单端端输输出出beLcVDrRRA)2/( 0 VCAbei

18、drR2 2)1(21ebeicRrR coRR2 coRR2 coRR coRR 21)/(21VDbeLcVDArRRA beidrR2 2)1(21ebeicRrR 21)1(2)/( VCebeLcVCARrRRA 8. 共模抑制比共模抑制比共模抑制比是反映差放抑制共模信号能力的共模抑制比是反映差放抑制共模信号能力的重要指标，其定义为：重要指标，其定义为：dBlg20 VCVDCMRVCVDCMRAAKAAK 或KCMR越大，表示差放对共模信号的抑制能越大，表示差放对共模信号的抑制能力越强，电路的性能越好。力越强，电路的性能越好。beebeebeLcbeLcCMRrRrRrRRrRRK

19、2)1(2 )1(2)/()/(21 单端输出时： CMRVCKA 0 双端输出时：力越强的抑制越大，差放对共模信号越大，CMReKRidicCMRidicVCVDvvKvvAA 单端输出时，电路总的输出电压为：单端输出时，电路总的输出电压为：为了抑制共模信号，希望：为了抑制共模信号，希望：icVCidVDovAvAv idVDicVCvAvA 9. 带射极恒流源的差放带射极恒流源的差放(1) 电路的组成和工作原理电路的组成和工作原理单端输出时，为了提高单端输出时，为了提高KCMR，Re越大越好。但在静态工作越大越好。但在静态工作电流一定的情况下，电流一定的情况下， Re大意大意味着味着Re上

20、的静态压降大，这上的静态压降大，这需要电源需要电源VEE足够大，实际中足够大，实际中不容易实现。因此需要寻找不容易实现。因此需要寻找静态压降不大而动态电阻很静态压降不大而动态电阻很大 的 器 件 ， 恒 流 源 满大 的 器 件 ， 恒 流 源 满足这个要求。足这个要求。该电路通过该电路通过Rb1、 Rb2固定基极电位，同时由固定基极电位，同时由Re将将IC的变化反馈给基极发射极回路，使得的变化反馈给基极发射极回路，使得IC保持保持稳定，可作为恒流源使用。稳定，可作为恒流源使用。CCbbbBVRRRV212CeBEBEIRVVIRc利用恒流源特利用恒流源特性，可以保证性，可以保证电路的静态工电

21、路的静态工作电流稳定，作电流稳定，有效抑制零漂；有效抑制零漂；同时，恒流源同时，恒流源的动态输出电的动态输出电阻很大，使单阻很大，使单端输出的端输出的AVC值 降 低 。值 降 低 。 (2) 电路的分析电路的分析(a) 静态分析静态分析CCCCCRIVV eBEZERVVII30 20IIC CBII 0 BVBEBEVVV (b) 动态分析动态分析ro参看课本参看课本105页页Ro 的计算的计算 (b) 动态分析动态分析该电路的动态分析和带射极电阻的长尾电路一样，该电路的动态分析和带射极电阻的长尾电路一样，相当于相当于用恒流源的动态输出电阻用恒流源的动态输出电阻ro替代原来的替代原来的Re

22、。 10. 差放的传输特性差放的传输特性差放的传输特性是放大电路输出差放的传输特性是放大电路输出iC电流随输入差模电流随输入差模信号变化的曲线。信号变化的曲线。横坐标：横坐标：纵坐标：纵坐标：VT：温度的电压温度的电压当量，室温当量，室温下为下为26mVI0：射极恒流源提供的静态电流射极恒流源提供的静态电流 21iiidvvv 21/CCii差放的传输特性是非线差放的传输特性是非线性的，性的，只有只有vid在在 |VT|范范围内变化时，输出的围内变化时，输出的iC1、iC2随随vid是线性变化的是线性变化的；如果如果vid过大过大，则一个管，则一个管子的子的iC趋于饱和，另一趋于饱和，另一个管子的个管子的iC趋于截止，趋于截止， iC1 iC2几乎不变，几乎不变，差放差放显示限幅特性显示限幅特性 11. FET差分式放大电路差分式放大电路在高输入阻抗的模拟集成电路中常采用在高输入阻抗的模拟集成电路中常采用FET差放。差放。单入单出的单入单出的差放：差放：T1、T2为差为差分对管分对管 T3、T4构成恒流构成恒流源源静态分析静态分析2433RIRIEEmAIIE1REF4mAIIE2130.2oDQII0GVGSQGSSGGSQVVVVVV21)(PGSQDSSDQVVIIDQdDDDIRVV12221dmVDRg