模拟电子技术2.4 差分放大电路

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2.4差分放大电路2.4.1基本差分放大电路2.4.2电流源电路2.4.3电流源差分放大电路2.4.4差分放大电路的差模传输特性

2.4.1基本差分放大电路

特点：1.结构对称2.双电源供电3.抑制由于温度引起的零点漂移。

零点漂移：没有输入信号时，用灵敏的直流表测量输出端，也会

有变化缓慢的输出电压。

输入信号

和

从两个晶体管的基极加入，输出信号从两个集电极之间取出。RE为差分放大电路的公共发射极电阻，用来抑制零点漂移并决定晶体管的静态工作电流。

2.4.1基本差分放大电路

1.直流分析（静态分析

）输入信号为零时，输出也为零。具有稳定的静态工作点以及很小的温度漂移。

2.4.1基本差分放大电路

实际电路很难做到完全对称，实用中常在晶体管发射极加一个调零电阻

2.4.1基本差分放大电路

2.交流分析几个基本概念（1）差模输入电压（2）共模输入电压

（3）差模输出电压

（4）共模输出电压（5）输出电压

（6）共模抑制比

2.4.1基本差分放大电路

任意信号可以分解成共模信号和差模信号的组合

两种特殊情况：差模输入电压共模输入电压输出电压②①

2.4.1基本差分放大电路

差分放大电路的输入信号可以是直流信号，也可以是交流信号，但是需注意，输入信号幅度很小，不然放大电路容易进入非线性区，输出波形会失真。差模和共模电压放大倍数的测量（1）测量差模电压放大倍数假设差分放大电路两个输入端的信号差模输入电压共模输入电压输出电压差模增益

2.4.1基本差分放大电路

（2）测量共模电压放大倍数假设差分放大电路两个输入端的信号差模输入电压共模输入电压输出电压共模增益

2.4.1基本差分放大电路

当开关S1切换到左边时，测量的是差模电压放大倍数当开关S1切换到右边时，测量的是共模电压放大倍数

2.4.1基本差分放大电路

输入交流信号时的差分放大电路电压放大倍数仿真开关S1与左边相连测量差模电压放大倍数开关拨到右边测量共模电压放大倍数输入信号幅值为10mV，1、2结点电压有效值为14.142mV

2.4.1基本差分放大电路

【例2.4.1】已知差分放大电路输入信号，，（1）试求差模输入电压和共模输入电压。，，求该输出电压和（2）如解：（1）差模输入电压共模输入电压（2）输出电压共模抑制比

2.4.1基本差分放大电路四种工作方式：单入单出、单入双出双入单出、双入双出

两输入端有一个端口直接接地的，称为单端输入。当信号从一只晶体管的集电极输出，负载电阻一端接地，称为单端输出。

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

差分放大电路动态参数的计算（1）单端输入单端输出

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

①电压放大倍数

由于结构的对称性，由差模部分产生的动态电流在流过时互相抵消。（a）差模输入

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

如果信号是从第二个晶体管的集电极输出，则差模电压放大倍数为（b）共模输入

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

越大，共模电压放大倍数就越小，共模抑制能力越强，各种干扰信号大多属于共模信号，所以差分放大电路的抗干扰能力强。②输入电阻

差模输入电阻加有调零电阻

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

共模输入电阻加有调零电阻③输出电阻令时，

差模和共模输出电阻都等于

2.4.1基本差分放大电路（双入单出）

（2）双端输入单端输出

电压放大倍数，输入电阻和输出电阻的计算公式与单端输入单端输出是一样的。

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

（3）双端输入双端输出

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

差模输入部分等效电路差模输入电压

两管集电极之间接的负载电阻RL，两管集电极电位一增一减，且变化量相等，负载电阻RL的中点电位为信号零电位，因此，每边电路的等效负载电阻为

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

①电压放大倍数差模电压放大倍数共模电压放大倍数电路完全对称，对于共模信号，有

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

②输入电阻差模输入电阻

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

③输出电阻断开负载，接上电压源

2.4.1基本差分放大电路（单入双出）

（4）单端输入双端输出

与双端输入双端输出相同

2.4.1基本差分放大电路

解：（1）单端输出静态工作点根据基尔霍夫电流定理，可得由于输出回路不对称，使得（2）双端输出静态工作点（3）单端输出差模和共模电压放大倍数、差模和共模输入电阻、输出电阻、共模抑制比（4）双端输出差模和共模电压放大倍数、差模和共模输入电阻、输出电阻、共模抑制比2.4.2电流源电路提供恒定电流，交流等效电阻很大，而直流电阻较小。在差分电路中代替

，在模拟集成电路中常用作偏置电路和有源负载。1）比例电流源与成比例多路比例电流源2.4.2电流源电路2）镜像电流源2.4.2电流源电路2.4.2电流源电路

镜像电流源不适合设计微小电流。2.4.2电流源电路3）微电流源（Widlarcurrentsource）图2.4.18微电流源微电流源适合设计微小电流。电流源电路为放大电路提供合适的静态工作电流2.4.2电流源电路电流源电路具有很大的动态电阻空载时提高了电压放大倍数2.4.2电流源差分放大电路电流源具有很大的动态电阻，采用电流源的差分放大电路抑制共模的能力更强，在集成电路中应用广泛2.4.2电流源差分放大电路解：（1）求静态工作点2.4.2电流源差分放大电路思考：差分放大电路如何实现单端输出方式具有双端输出效果2.4.2电流源差分放大电路图2.4.21单端输出具有双端输出效果（a）差模输入

（b）共模输入2.4.3差分放大电路的差模传输特性差分放大电路应用非常广泛：1.多级放大电路的输入级，有效抑制温度对电路的影响。2.用作构成自动增益控制电路和模拟乘法器。3.用作构成大信号限幅电路和开关电路，可有效提高

开关速度。4.用作构成波形变换电路。差分放大电路*讨论1.差分放大电路的结构和性能有何特点？

2.差分放大电路中，公共发射极电阻RE对共模信号有何影响，为什么？对差模信号有何影响，为什么？为何要用电流源代替公共发射极电阻RE

？*3.差分放大电路中，单端输出与双端输出在性能上有何异同？单端输入与双端输入在性能上有何异同？

答案答案答案4.简述差分放大电路抑制零漂与共模干扰的原理。

答案讨论小结答：电路结构左右对称，具有两个输入端，可以双端输出。对差模输入电压具有放大作用，对共模信号和零点漂移具有很强的抑制作用。1.差分放大电路的结构和性能有何特点？返回答：RE对共模信号有很强的抑制作用。因为当加上共模输入信号时，两管电流均流过RE，RE通常又比较大，因此会产生很强的负反馈，迫使共模输出很小。理想情况下，RE对差模信号不产生影响。因为输入差模信号时，一管电流增大，另一管电流减小，当电路理想对称时，一管电流的增加量与另一管的减小量相等，流过RE的电流保持不变，即RE对差模信号不产生负反馈作用，故差模输出大小不受RE影响。从提高对共模信号抑制能力的角度讲，公共发射极电阻RE越大越好，但RE过大时，为保证三极管有合适的静态工作电流，必须加大负电源VEE值，这是不合适的。用电流源代替RE，则不但能提供合适、稳定的静态电流，而且由于电流源对信号而言等效为非常大的动态电阻，因此能大大提高共模抑制能力。2.差分放大电路中，公共发射极电阻RE对共模信号有何影响，为什么？对差模信号有何影响，为什么？为何要用电流源代替公共发射极电阻RE

？返回答：单端输出与双端输出相比，差模输出电压减小，共模输出电压增大，共模抑制比下降，输出电阻减小，但差模输入电阻相同。单端输入与双端输入在性能上基本没有差别。*3.单端输出与双端输出在性能上有何异同？