第11讲-差分放大电路课件.ppt

1、3.3 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因 什么是零点漂移现象：什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。漂为温漂。克服温漂的方法：克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。引入直流负反馈，温度补偿

2、。典型电路典型电路：差分放大电路：差分放大电路 在直接耦合多级放大电路中，由于各级之间的工作点相互联系、相互影响，会产生零点漂移现象ui=0uouo 差动放大电路是一种具有两个输入端且电路结构差动放大电路是一种具有两个输入端且电路结构对称的放大电路，其基本特点是对称的放大电路，其基本特点是只有两个输入端的只有两个输入端的输入信号间有差值输入信号间有差值时才能进行放大，时才能进行放大，即差分放大电即差分放大电路放大的是两个输入信号的差，所以称为路放大的是两个输入信号的差，所以称为差分放大差分放大电路或者差动放大电路。电路或者差动放大电路。二、二、长尾式差分放大电路的组成长尾式差分放大电路的组成1

3、.1.电路构成与特点电路构成与特点 图图3.13.1所示为差动放大电路的基本形式，从电路结所示为差动放大电路的基本形式，从电路结构上来看，它具有以下特点。构上来看，它具有以下特点。（1）它由两个完全对称的共射电路组合而成。它由两个完全对称的共射电路组合而成。（2）电路采用正负双电源供电。电路采用正负双电源供电。图3.1 典型基本差分放大电路 ic1Rc1ReRb1VEEui1uo+VccRc2Rb2ui2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB22.2.差动放大电路抑制零点漂移的原理差动放大电路抑制零点漂移的原理 由于电路的对称性，温度的变化对由于电路的对称性，温度的变化对T T1 1、T T

4、2 2两管组成的左两管组成的左右两个放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大电路右两个放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大电路同时加入了大小和极性完全相同的输入信号。同时加入了大小和极性完全相同的输入信号。因此，在电路完全对称的情况下，两管的因此，在电路完全对称的情况下，两管的集电极电位集电极电位始终相同始终相同，差动放大电路的输出为零，不会出现普通直接，差动放大电路的输出为零，不会出现普通直接耦合放大电路中的漂移电压，可见，差动放大电路利用电耦合放大电路中的漂移电压，可见，差动放大电路利用电路对称性抑制了零点漂移现象。路对称性抑制了零点漂移现象。CQ2CQ1CQUUU1.Q点点 令令uI

5、1=uI2=0eEQBEQBQEE2RIURIVbBEQcCQCCCEQEQBQ1URIVUII，晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：eBEQEEEQ2 RUVI通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故ic1Rc1ReRb1VEEuI1uo+VccRc2Rb2uI2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2 静态时，两管集电极对地电静态时，两管集电极对地电位相等，即位相等，即U UCQCQ1 1=U UCQCQ2 2。故两管集。故两管集电极之间电位差为零，即输出电电极之间电位差为零，即输出电压压u uo o=U UCQCQ1 1-U UCQCQ2 2=0=0。三、长尾式差分放

6、大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析2.抑制共模信号抑制共模信号 0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时C21CC21CB21Buuiiii共模信号共模信号：数值相等、极性相同的数值相等、极性相同的输入信号，即输入信号，即IcI2I1uuuic1Rc1ReRb1VEEuI1uoc+VccRc2Rb2uIcic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2共模放大倍数：共模放大倍数：ic1Rc1ReRb1VEEuI1uoc+VccRc2Rb2uIcic2uc2uc1iE1iE2iB1iB22.抑制共模信号抑制共模信号：Re的共模负反馈作用的共模

7、负反馈作用0 cIcOccAuuA参数理想对称时共模放大倍数Re的共模负反馈作用：的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边对于每一边电路，电路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3.放大差模信号放大差模信号C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。ic1Rc1ReRb1VEEuI1+VccRc2Rb2ic2uc2uc

8、1iE1iE2iB1iB2+uod RLuI2uId+uId 2+uId 22/IdI2I1uuu差模信号：差模信号：数值相等，极性相反的数值相等，极性相反的输入信号，即输入信号，即ic1Rc1ReRb1VEEuI1+VccRc2Rb2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2+uod RLuI2uId+uId 2+uId 2 )(2bebBIdrRiu为什么？为什么？差模信号作用时的动态分析差模信号作用时的动态分析bebLcd)2(rRRRA差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2)(2cobebiRRrRR，Rc1rbe1Rb2 iB1uId iB2rbe21

9、 iB12 iB2Rc2RL2RL2 uodRb14.动态参数：动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。的能力和抑制共模信号的能力。下，在参数理想对称的情况CMRcdCMRKAAK 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“接地接地”点，以避免点，以避免干扰；或负载需要有干扰；或负载需要有“接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端

10、输出、单端输接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。入双端输出、单端输入单端输出。5 任意信号输入任意信号输入 方法：分解为差模信号与共模信号的组合方法：分解为差模信号与共模信号的组合根据根据2=IdIcI1uuu2=IdIcI2vuuI2I1Id=uuu)(21=I2I1Icuuu有有 共模信号相当于两个输入共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位

11、相反。号大小相等，相位相反。I2I1uuic1Rc1ReRb1VEEuI1uo+VccRc2Rb2uI2ic2uc2uc1iE1iE2iB1iB2 当信号从一个输入端输入时称为当信号从一个输入端输入时称为单端输入单端输入；从两个输入端之间浮地输入时称为从两个输入端之间浮地输入时称为双端输入双端输入；当信号从一个输出端输出时称为当信号从一个输出端输出时称为单端输出；单端输出；从从两个输出端之间浮地输出时称为两个输出端之间浮地输出时称为双端输出。双端输出。因此，差动放大电路具有四种不同的接法：因此，差动放大电路具有四种不同的接法：双端输入，双端输出；双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；单端输入

12、，双端输出；双端输入，单端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。单端输入，单端输出。四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法 1.双端输入单端输出：双端输入单端输出：Q点分析点分析(自学自学)cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1)(RIVURRIVRRRU 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但与双端输出时一样。但是是UCEQ1 UCEQ2。RcReRbVEE+VccRcRbuoRLuI1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析双端输入单端输出：差模信号作用下的分

13、析bebLcd)(21rRRRAcobebi)(2RRrRR，RcrbeRb iBuIdrbe iBRcRL uodRbRcReRbVEE+VccRcRbuoRLuI1.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析双端输入单端输出：共模信号作用下的分析bebLcd)(21rRRRAebebLcc)1(2)(RrRRRAbebebebCMR)1(2rRRrRKRcReRbVEE+VccRcRbuoRLuIRcrbe iBuIc iB2ReRL uocRb1.双端输入单端输出：问题讨论双端输入单端输出：问题讨论bebLcd)(21rRRRA（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？（2）什么情况下）什么

14、情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？bebebebCMR)1(2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，RcReRbVEE+VccRcRbuoRLuIRcReRbVEE+VccRcRbuoRLuI2uI2uI2uI22.单端输入双端输出单端输入双端输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：在输入信号作用下发射极在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？的电位变化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，RcReRbVEE+VccRcR

15、buoRLuI2.单端输入双端输出单端输入双端输出OQIcIdO2UuAuAu静态时的值静态时的值差模输出差模输出共模输出共模输出问题讨论：问题讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出）如何减小共模输出电压？电压？RcReRbVEE+VccRcRbuoRLuI3.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。单端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。均与之有关

16、。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1(2 )1(2)()(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出：五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路 为什么要采用电流源？为什么要采用电流源？Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越大，以越大，以至于至于Re太大就不合理了。太大就不合理了。需在低电源条件

17、下，得到趋于无穷大的需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源！解决方法：采用电流源！R1R2Rc+VccRcuoRbRbuI1uI2VEER3IE3I1I2RcRbVEE+VccRcRbuouI1IuI2五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流1)RW取值应大些？还是小取值应大些？还是小些？些？2)RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3)若若RW滑动端在中点，写滑动端在中点，写出出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1(WbebcdRrRRAWbebi)1(

18、)(2RrRR六、差分放大电路的改进 1.加调零电位器加调零电位器RWRcRbVEE+VccRcRbuouI1IuI2RWdoidmd2RRRRgA2.场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路VDA几种方式指标比较几种方式指标比较VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0oLc2/rRR 0oLc2/rRR beorr beorr 输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出双端输入双端输入单端输入单端输入idRicRoR4.几种方式指标比较几种方式指标比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR讨论一讨论一若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV清华大学 华成英 讨论二讨论二1、uI=10mV，则，则uId=?uIc=?2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=Ad uId+Ac uIc+UCQ1=?=?=?