差分放大电路课件

差分放大電路6.1.1差分放大電路的組成

差分放大電路是由對稱的兩個基本放大電路，通過射極公共電阻耦合構成的。如圖06.01所示。對稱的含義是兩個三極管的特性一致，電路參數對應相等。圖06.01差分放大電路即：

1=

2=

VBE1=VBE2=VBE

rbe1=rbe2=rbe

ICBO1=ICBO2=ICBO

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb6.1.2差分放大電路的

輸入和輸出方式

差分放大電路一般有兩個輸入端：

同相輸入端，

反相輸入端。

差分放大電路可以有兩個輸出端，一個是集電極C1，另一個是集電極C2。

從C1

和C2輸出稱為雙端輸出，僅從集電極C1或C2

對地輸出稱為單端輸出。

根據規定的正方向，在一個輸入端加上一定極性的信號，如果所得到的輸出信號極性與其相同，則該輸入端稱為同相輸入端。

反之，如果所得到的輸出信號的極性與其相反，則該輸入端稱為反相輸入端。

信號的輸入方式：若信號同時加到同相輸入端和反相輸入端，稱為雙端輸入；若信號僅從一個輸入端對地加入，稱為單端輸入。圖06.02共模信號和差模信號示意圖6.1.3差模信號和共模信號

差分放大電路僅對差模信號具有放大能力，對共模信號不予放大。

溫度對三極管電流的影響相當於加入了共模信號。差分放大電路是模擬集成運算放大器輸入級所採用的電路形式。

差模信號共模信號

是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相反的信號。

是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相同的信號。圖06.03雙電源差分放大電路6.2差分放大電路的靜態計算

差分放大電路的靜態和動態計算方法與基本放大電路基本相同。為了使差分放大電路在靜態時，其輸入端基本上是零電位，將Re從接地改為接負電源－VEE。

由IB的計算式可知，Re對一半差分電路而言，只有2Re

才能獲得相同的電壓降。

如圖06.03所示。由於接入負電源，所以偏置電阻Rb可以取消，改為－VEE和Re提供基極偏置電流。基極電流為:(動畫6-1)6.3差分放大電路的動態計算6.3.1差模狀態動態計算

6.3.2共模狀態動態計算6.3.3恒流源差分放大電路

6.3.1差模狀態動態計算

差分放大電路的差模工作狀態分為四種:

1.雙端輸入、雙端輸出（雙----雙）

2.雙端輸入、單端輸出（雙----單）

3.單端輸入、雙端輸出（單----雙）

4.單端輸入、單端輸出（單----單）主要討論的問題有：

差模電壓放大倍數差模輸入電阻輸出電阻圖06.04雙端輸入雙端輸出(1)差模電壓放大倍數Avd

雙端輸入差放電路如圖06.04所示。負載電阻接在兩集電極之間。vi接在兩輸入端之間，也可看成±vi/2各接在兩輸入端與地之間。

這種方式適用於雙端輸入和雙端輸出，輸入、輸出均不接地的情況。①雙端輸入雙端輸出差模電壓放大倍數

差動放大器雙入——雙出微變等效電路(1)差模電壓放大倍數Avd②雙端輸入單端輸出差模電壓放大倍數

這種方式適用於將差分信號轉換為單端輸出的信號。

雙端輸入單端輸出因只利用了一個集電極輸出的變化量，所以它的差模電壓放大倍數是雙端輸出的二分之一。

圖06.05雙端輸入單端輸出

③單端輸入雙端輸出差模電壓放大倍數

單端輸入信號可以轉換為雙端輸入，其轉換過程見圖06.06。右側的Rs+rbe歸算到發射極回路的值[(Rs+rbe)/(1+

)]<<Re，故Re對Ie分流極小，可忽略，於是有:

這種方式用於將單端信號轉換成雙端差分信號,可用於輸出負載不接地的情況。圖06.06單端輸入轉換為雙端輸入vi1=－vi2=vi/2④單端輸入單端輸出

通過從T1

或T2

的集電極輸出，可以得到輸出與輸入之間或電位反相或電位同相的關係。從T1的基極輸入信號，從C1

輸出，為反相；從C2

輸出為同相。

(2)差模輸入電阻

不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。(3)輸出電阻

輸出電阻在

單端輸出時，

雙端輸出時，

6.3.2共模狀態動態計算

如果輸入信號極性相同，幅度也相同則是純共模信號。如果極性相同，但幅度不等，則可以認為既包含共模信號，又包含差模信號，應分開加以計算，如圖06.07所示。

例如溫漂信號屬共模信號，它對差分放大電路中Ic1和Ic2的影響相同。圖06.07共模差模信號混合的情況

計算共模放大倍數Avc的微變等效電路，如圖06.08所示。其中Re用2Re等效，這與差模時不同。Avc的大小，取決於差分電路的對稱性，雙端輸出時可以認為等於零。單端輸出時為:圖06.08共模微變等效電路(1)共模放大倍數Avc(2)共模抑制比

共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標。，或

雙端輸出時KCMR可認為等於無窮大，單端輸出時共模抑制比(動畫6-2)6.3.3恒流源差分放大電路

為了提高共模抑制比應加大Re

。但Re加大後，為保證工作點不變，必須提高負電源，這是不經濟的。為此可用恒流源T3來代替Re

。恒流源電流數值為IE=(VZ

-VBE3)/Re

圖06.09恒流源差分放大電路

恒流源動態電阻大，可提高共模抑制比。同時恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負電源之值。這種電路稱為恒流源差分放大電路，電路如圖06.09所示。07多級放大電路多級放大電路概述7.17.2直接耦合多級放大電路7.3多級放大電路電壓放大倍數的計算7.4變壓器耦合的特點多級放大電路的放大倍數7.1.1耦合形式7.1.2零點漂移7.1多級放大電路概述7.1.1耦合形式

多級放大電路的連接，產生了單元電路間的級聯問題，即耦合問題。放大電路的級間耦合必須要保證信號的傳輸，且保證各級的靜態工作點正確。

耦合電路採用直接連接或電阻連接，不採用電抗性元件。級間採用電容或變壓器耦合。電抗性元件耦合，只能傳輸交流信號，漂移信號和低頻信號不能通過。直接耦合電路可傳輸低頻甚至直流信號，因而緩慢變化的漂移信號也可以通過直接耦合放大電路。直接耦合電抗性元件耦合根據輸入信號的性質，就可決定級間耦合電路的形式。

耦合電路的簡化形式如圖07.01所示。

直接耦合或電阻耦合使各放大級的工作點互相影響，應認真加以解決。

(a)阻容耦合(b)直接耦合(c)變壓器耦合圖07.01耦合電路的形式7.1.2零點漂移零點漂移

是三極管的工作點隨時間而逐漸偏離原有靜態值的現象。產生零點漂移的主要原因是溫度的影響，所以有時也用溫度漂移或時間漂移來表示。工作點參數的變化往往由相應的指標來衡量。

一般將在一定時間內，或一定溫度變化範圍內的輸出級工作點的變化值除以放大倍數，即將輸出級的漂移值歸算到輸入級來表示的。例如

V/

C或

V/min。7.1.3直接耦合放大電路的構成

直接耦合或電阻耦合使各放大級的工作點互相影響，這是構成直接耦合多級放大電路時必須要加以解決的問題。電位移動直接耦合放大電路NPN+PNP組合電平移動直接耦合放大電路電流源電平移動放大電路(1)(2)(3)電位移動直接耦合放大電路(1)

於是

VC1=VB2

VC2=VB2+VCB2＞VB2（VC1

）這樣，集電極電位就要逐級提高，為此後面的放大級要加入較大的發射極電阻，從而無法設置正確的工作點。這種方式只適用於級數較少的電路。

如果將基本放大電路去掉耦合電容，前後級直接連接，如圖07.02所示。

圖07.02前後級的直接耦合

(2)NPN+PNP組合電平移動直接耦合放大電路

級間採用NPN管和PNP管搭配的方式，如圖07.03所示。由於NPN管集電極電位高於基極電位，PNP管集電極電位低於基極電位，它們的組合使用可避免集電極電位的逐級升高。

圖07.03NPN和PNP管組合電流源電平移動放大電路(3)

但電流源交流電阻大，在R1上的信號損失相對較小，從而保證信號的有效傳遞。同時,輸出端的直流電平並不高，實現了直流電平的合理移動。

在模擬積體電路中常採用一種電流源電平移動電路，如圖07.04所示。

圖07.04電流源電平移動電路

電流源在電路中的作用實際上是個有源負載，其上的直流壓降小，通過R1上的壓降可實現直流電平移動。7.2多級放大電路電壓放大倍數的計算

在求分立元件多級放大電路的電壓放大倍數時有兩種處理方法。輸入電阻法開路電壓法

一是將後一級的輸入電阻作為前一級的負載考慮，即將第二級的輸入電阻與第一級集電極負載電阻並聯。

二是將後一級與前一級開路，計算前一級的開路電壓放大倍數和輸出電阻，並將其作為信號源內阻加以考慮，共同作用到後一級的輸入端。

圖07.05兩級放大電路計算例

現以圖07.03的兩級放大電路為例加以說明，有關參數示於圖07.05中。三極管的參數為

1=

2=

=100，VBE1=VBE2=0.7V。計算總電壓放大倍數。分別用輸入電阻法和開路電壓法計算。7.2.1用輸入電阻法求電壓增益（1）求靜態工作點（2）求電壓放大倍數先計算三極管的輸入電阻電壓增益

如果求從VS算起的電壓增益，需計算第一級的輸入電阻Ri1=rbe1//Rb1//Rb2

=3.1//51//20

=3.1//14.4=2.55k

7.2.2用開路電壓法求電壓增益

第一級的開路電壓增益

第二級的電壓增益

第一級的輸出電阻

總電壓增益7.3變壓器耦合的特點

採用變壓器耦合也可以隔除直流，傳遞一定頻率的交流信號，因此各放大級的Q互相獨立。變壓器耦合的優點是可以實現輸出級與負載的阻抗匹配，以獲得有效的功率傳輸。變壓器耦合阻抗匹配的原理見圖07.06(a)。

在理想條件下，變壓器原副邊的安匝數相等，即

I1N1=I2N2I2=（I1N1/N2）

=I1(V1/V2)

=(V2/RL)

(

V1/R1)

(V1/

V