差分放大电路

1、3.2 差分放大电路,3.2.1 基本差分放大电路 3.2.2 差分放大电路的分析 3.2.3 具有恒流源的差分放大电路,3.2.1 基本差分放大电路,差分放大电路是一个双口网络，每个端口有两个端子，可以输入两个信号，输出两个信号。其端口结构示意图如图3-1所示。,图3-1 差分放大电路输入输出结构示意图,差分放大电路就其功能来说，是放大两个输入信号之差（ui1-ui2）。由于它具有优异的抑制零点漂移的特性，因而成为集成运放的主要组成单元。在电子仪器和医用仪器中常用差分放大电路做信号转换电路，将双端输入信号转换为单端输出或将单端输入信号转换为双端输出。,基本差分放大电路如图3-2所示,对称电路

2、的含义是两个三极管VT1、VT2的特性一致，电路参数对应相等。即 VBE1=VBE2=VBE，Rc1=Rc2=Rc， Rb1=Rb2=Rb，Ri1=Ri2=Ri， 1=2=；,抑制零漂的原理,uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0,当温度变化时：,能有效地克服零点漂移.,1. 差分放大电路的输入和输出方式,差分放大电路的两个输入端A和B通常也称为反相输入端和同相输入端。 在输入端A输入极性为正的信号ui1，则输出信号uo的极性与其相反，称该输入端A为反相输入端；在输入端B输入极性为正的信号ui2，而输出信号uo的极性与其相同，称该输入端B为同相输入端。极性的判断

3、以图3-2中确定的正方向为准。,差分放大电路的四种连接方式： （1）双端输入双端输出； （2）双端输入单端输出； （3）单端输入双端输出； （4）单端输入单端输出。,2. 差模信号和共模信号,差模信号,共模信号,有,差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分 共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分,两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。,【例3-1】如图3-2所示电路，ui1=5mV，ui2=1mV，求uid和uic。 解：uid=5-1=4mV，uic=0.5(5+1)=3mV。 也就是说，两个输入信号可看作是,ui1=5mV3mV+2mV ui2=1mV-3m

4、V+2mV,3. 电压放大倍数,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,共模信号产生的输出,【例3-2】设有一个理想差动放大器，已知：ui1=25mV，ui2=10mV，Aud=100，Auc=0。求差模输入电压uid；共模输入电压uic；输出电压uo。 解; uid=ui1-ui2=15mV uic=(ui1+ui2)/2=35/2=17.5mV uo=Auduid+Aucuic =10015+017.5 =1500mV,3.2.2 差分放大电路的分析,1静态分析 差分放大电路的静态和动态计算与前面学的基本放大电路基本相同。静态时vi1=vi2=0，由于电路完全对称，图3-2电路有：,静态时

5、：(ui1=ui2=0) IBQ1=IBQ2，ICQ1=ICQ2， UEE=UBEQ1+IEERe， IEE=(UEE-UBEQ1)/Re,两管集电极电流和对地电压为： ICQ1=ICQ2(UEE-UBEQ1)/2Re， UCQ1=UCC-ICQ1RC1， UCQ2=UCC-ICQ2RC2 ， 即: uo=UCQ1-UCQ2=0,2. 双端输入，双端输出电路的动态分析,(1)差模电压放大倍数,图3-3 双入双出差分放大电路 (a) 差分放大电路 (b) 微变等效电路,动态时：(ui1=-ui2) uid=ui1-ui2=2ui1，ic1=-ic1， uc1=VCC-iC1RC=UCQ1+uo1

6、， uc2=VCC-iC2RC=UCQ2+uo2， uod=uc1-uc2=2uo1,差模电压放大倍数Aud为： Aud=uod/uid=2uo1/2ui1=Aud1=-RL/rbe，(RL/=RC/(RL/2) (2)输入电阻Rid为: Rid=2rbe， (3)输出电阻Ro为: Ro=2RC,(4) 共模电压放大倍数,差分放大电路共模输入时电路如图3-4所示,Avc定义为：,当双端输出时，因考虑到差分放大电路有极好的对称性，两集电极电位做大小相同方向相同的变化，所以vc1=vc2。因此可认为从两集电极输出的共模输出电压为0，故共模放大倍数为0。即,图3-4 差分放大电路共模输入的电路,3.

7、双端输入，单端输出电路的动态分析,(1)差模电压放大倍数 差分放大电路双端输入，单端输出时其负载电阻RL接在VT1或VT2管集电极与地之间，此时差模电压放大倍数为：,。 （3）差模输出电阻 Rod=RC。,其大小是双端输出时的一半。 （2）差模输入电阻 与双端输出时相同，为,(4) 共模电压放大倍数 双端输入，单端输出的差分放大电路，因为ic1和ic2同时增大或同时减小，因此在Re上得到的是两倍的ie1，ve=2ie1Re，这相当于其交流通路中每个三极管的发射极接2Re电阻。此时的交流通路如图3-5所示。,该电路的共模电压放大倍数为：,由此可以看出，单端输出比双端输出时有较大的共模输出，不过由

8、于有发射极电阻Re的抑制作用，这个共模输出也很小。,4. 单端输入电路的动态分析,在实际的电子系统中，有时要求放大电路的一个输入端接地，这种输入方式称为单端输入（或不对称输入），如图3-6a）所示。分析该电路，可以将其进行等效变换，把原来的输入信号vi分成一个共模信号和一对差模信号，信号分解如下：,图3-6 单端输入双端输出差分放大电路,变换后的电路如图3-6b)所示。进行这样的变换后，电路便可以用双端输入的方式进行分析。,5.共模抑制比,差分放大电路很难做到电路完全对称，并且Re不可能无穷大，故Auc不为0。因此，零点漂移不能完全被克服，但将受到很大的抑制。,在实际应用中，为了衡量差放抑制共

9、模信号的能力（抑制零漂的能力），制定了一项技术指标，称为共模抑制比（KCMR）。,差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，共模抑制能力越强，放大电路的性能越优良，因此KCMR值越大越好。共模抑制比常用分贝数表示。,3.2.3 具有恒流源的差动放大电路,在差分放大电路中，要提高对共模信号的抑制能力，应加大射极电阻Re，但在加大Re的同时，为了保证放大电路有合适的静态工作点，VEE也要相应增大，这显然是不可取的。为了解决这个矛盾，采用恒流源代替Re，组成恒流源差分放大电路。,图3-7 具有恒流源的差分放大电路,图中，VT3和电阻R1、R2、R3组成电流源电路，若电阻R2中的电流IR2远大于VT3管的基极电流IB3，则IR1IR2，R2上的电压,VT3管的集电极电流,设VT3管b-e间电压在环境温度变化时所