实验五差分放大器文档格式.docx
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1•
riRci
Rc2
Rb2
+-
-Uo
R2Ul2
Y,TrI
图5.1差分放大电路的基本形式
UliR1
•~I
加上输入信号以后：
（2）差模输入电压和共模输入电压
差分放大电路有两个输入端，可以分别加上两个输入电压和U|2。
如果两个输入电压大小相等。
而且极性相反，这样的输入电压称为差模输入电压，如图5.2所示，差模输入电压用符号
Uid表示；
如果两个输入信号不仅大小相等，而且极性也相同，这
样的输入电压称为共模输入电压，如图5.3所示，共模输入电压
用符号Uic表示。
Uli
o-
+
U|d
1
I
1Rci
〜Uo
Ri
I——
「
[-2
1
Uid
-2R?
图5.2差模输入电压
实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意
极性的输入电压U|i和U|2，我们可以将它们认为是某个差模输入电压与某个共模输入电压的组合，其中差模输入电压Uld和共模输
入电压Uic的值分别为
uiduiiui2
UicUiiU12
2
因此，只要分析清楚差分放大电路对差模输入信号和共模输入信号的响应，利用叠加定理即可完整地描述差分放大电路对所有各种输入信号的响应。
Uic
R2
图5.3共模输入电压
通常情况下，认为差模输入电压反映了有效的信号，而共模输入电压可能反映由于温度变化而产生的漂移信号，或者是随着有效信号一起进入放大电路的某种干扰信号。
（3）差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比
放大电路对差模输入电压的放大倍数称为差模电压放大倍
数，用Ad表示，即
Ad
Uo
而放大电路对共模输入电压的放大倍数称为共模放大倍数，用Ac表示，即
Ac
差分放大电路的共模抑制比用符号Kcmr（Common-moderejection
ratio）表示，它的定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用对数表示，单位为dB，即
共模抑制比能够描述差分放大电路对零漂的抑制能力，Kcmr
愈大，说明抑制零漂的能力愈强。
现在分析基本形式差分放大电路的差模电压放大倍数。
图
5.2中假设每一边单管放大电路的电压放大倍数为Aui，则Ti、T2的
集电极输出电压的变化量分别为
Uci—Auiuid
1.
uC22Au1Uid
则放大电路输出电压的变化量为
UoUciUC2AuiUid
所以差分放大电路的差模电压放大倍数为生A
u1
上式表明，差分放大电路的差模电压放大倍数和单管放大电路的电压放大倍数相同。
可以看出，差分放大电路的特点是：
多用一个放大管后，虽然电压放大倍数没有增加，但是换来了对零漂的抑制。
在图5.3中，如为理想情况，即差分放大电路左右两部分的参数完全对称，则加上共模输入信号时，T1和T2的集电极电压完全相等，输出电压等于0，则共模电压放大倍数Ac0，共模抑制
比KCMR
实际上，由于电路内部参数不可能绝对匹配，因此加上共模
输入电压时，存在一定的输出电压，共模电压放大倍数Ac0，
共模抑制比较低。
而且，对于这种基本形式的差分放大电路来说，从每个三极管的集电极对地电压来看，其温度漂移与单管放大电路相同，丝毫没有改善。
因此实际工作中一般不采用这种基本形式的差分电路。
2.长尾式差分放大电路
为了减小每个管子输出端的温漂，引出了长尾式差分放大电
路。
（1）电路组成
在图5.1的基础上，在两个放大管的发射极接入一个发射极电阻Re，如图5.4所示。
这个电阻一般称为长尾”所以这种电路称为长尾式差分放大电路。
图5.4长尾式差分放大电路
长尾电阻Re的作用是引入一个共模负反馈，也就是说，Re对共模信号有负反馈作用，而对差模信号没有负反馈作用。
假设在电路输入端加上正的共模信号，则两个管子的集电极电流ici、ic2
同时增加，使流过发射极电阻Re的电流iE增加，于是发射极电位UE升高，反馈到两管的基极回路中，使Ubei、Ube2降低，从而限制了ici、ic2的增加。
但是对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等而极性相反，所以ici增加多少，ic2就减少同样的数量，因而流过Re的电流总量保持不变，则Ue0，所以对于差模信号没有反馈作用。
Re引入的共模负反馈使共模放大倍数Ac减小，降低了每个管子的零点漂移。
但对差模放大倍数Ad没有影响，因此提高了电路的共模抑制比。
Re愈大，共模反馈愈强，则抑制零漂的效果愈好。
但是，随着Re的增大，Re上的直流压降愈来愈大。
为此，在电路中引入一
个负电源Vee来补偿Re上的直流压降，以免输出电压变化范围太小。
引入Vee以后，静态基极电流可由Vee提供，因此可以不接基极电阻Rb，如图5.4所示。
（2）静态分析
12?
Rc，%R2R，故可认为1BQ11BQ21BQ，
UBEQ2UBEQ，UCQ1UCQ2UCQ，由三极管的
当输入电压等于零时，由于电路结构对称，即
rbe，Rc1
1CQ11CQ21CQ，UBEQ1
基极回路可得：
Vee
IBQRUBEQ21EQRe
则静态基极电流为
VeeUbeq
BQR2（1~~）rT
静态集电极电流和电位为
ICQIBQ
UcqVccIcqRc（对地）
静态基极电位为
UbqIbqR（对地）
（3）动态分析
由于接入长尾电阻Re后，当输入差模信号时流过Re的电流不变，Ue相当于一个固定电位，在交流通路中可将Re视为短路，
因此长尾式差分放大电路的交流通路如图5.5所示。
Un
Y2
2\
KT1
T2/
—1「
g-i,|--i
RlHRl
uI2
+Uo-
11
图5.5长尾式差分放大电路的交流通路
图中Rl为接在两个三极管集电极之间的负载电阻。
当输入差
模信号时，一管集电极电位降低，另一个集电极电位升高，可以认为Rl中点处的电位保持不变，也就是说，在Rl/2处相当于交流接地。
根据交流通路可得
Uii
Rrbe
iB1
iB1
同理
图5.6接有调零电位器的长尾式差分放大电路
故输出电压为
Rc吟
一Uii
则差模电压放大倍数为
riiRl
Ad去—
iiU12Rrbe
从两管输入端向里看，差模输入电阻为
Rid2Rr
两管集电极之间的输出电阻为
R。
2Rc
在长尾式差分放大电路中，为了在两侧参数不完全对称的情况下能使静态时的Uo为零，常常接入调零电位器Rw，如图5.6所示。
3.恒流源式差分放大电路
在长尾式差分放大电路中，长尾电阻Re愈大，则共模负反馈作用愈强，抑制零漂的效果愈好。
但是Re愈大，为了得到同样的工作电流所需的负电源Vee的值愈高。
希望既要抑制零漂的效果比较好，同时又不要求过高的Vee值。
为此，可以考虑采用一个三极管代替原来的长尾电阻Re。
在三极管输出特性的恒流区，当集电极电压有一个较大的变化量uce时，集电极电流ic基本不变。
此时三极管c、e之间的等效电阻rce£
的值很大。
用恒流三极管充当一个阻值很大的长
ic
尾电阻Re,既可在不用大电阻的条件下有效的抑制零漂，又适合集成电路制造工艺中用三极管代替大电阻的特点，因此，这种方
法在集成运放中被广泛采用。
恒流源式差分放大电路如图5.7所示。
由图可见，恒流管T3的基极电位由电阻Rbi、&
2分压后得到，可认为基本不受温度变化的影响，则当温度变化时T3的发射极电位和发射极电流也基本保持稳定，而两个放大管的集电极电流ici、ic2之和近似等于ic3，所以ici和iC2将不会因温度的变化而同时增大或减小。
可见，接入恒
流三极管后，抑制了共模信号的变化。
有时，为了简化起见，常常不把恒流式差分放大电路中恒流管T3的具体电路画出，而采用一个简化的恒流源符号来表示，如图5.8所示。
E
图5.7恒流源式差分放大电路
图5.8恒流源式差分放大电路的简化表示法
估算恒流源式差分放大电路的静态工作点时，通常可从确定
恒流三极管的电流开始。
由图5.7可知，当忽略T3的基流时，Rbi上电压为
URbi弘VccVee
RbiRb2
则恒流管T3的静态电流为URbiUBEQ3
ICQ3IEQ3—
Re
于是可得到两个放大管的静态电流和电压为
1CQ1
ICQ2
1I
2ICQ3
UCQ1
UCQ2
IcqR（对地）
1BQ1
IBQ2
1I
CQ1
UBQ1
UBQ2
IBQ1
R（对地）
（3）
动态分析
由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用
也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，所以
恒流源式差放的交流通路与长尾式电路的交流通路相同，见图5.5。
因而，二者的差模电压放大倍数A、差模输入电阻凤和输出电阻R。
均相同。
本次实验采用的差分放大电路如图5.9所示。
Ti和T2为3DG6对管，T3为9013管。
甲i■
Rc110kRc210k
+12V
R568k电压或电流作用；
Rci和Rc2为差分对管的集电极负载电阻；
Rl~R5构成差分对管的直流电阻；
Rw调零电位器用来调节T1和T2的静态工作点，使得输入信号V0时，双端输出电压V0；
Re为两管
共用的发射极电阻，它对差模信号无反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
-12V
*
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