差分放大电路Word格式文档下载.docx

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IREF——基准电流：

推出，当β>

>

2时，IC2=IC1≈IREF

≈

优点：

（1）IC2≈IREF，即IC2不仅由IREF确定，且总与IREF相等。

（2）T1对T2具有温度补偿作用，IC2温度稳定性能好（设温度增大，使IC2增大，则IC1增大，而IREF一定，因此IB减少，所以IC2减少）。

缺点：

（1）IREF（即IC2）受电源变化的影响大，故要求电源十分稳定。

（2）适用于较大工作电流（mA数量级）的场合。

若要IC2下降，则R就必须增大，这在集成电路中因制作大阻值电阻需要占用较大的硅片面积。

（3）交流等效电阻Ro不够大，恒流特性不理想。

（4）IC2与IREF的镜像精度决定于β。

当β较小时，IC2与IREF的差别不能忽略。

巩固训练：

将电路图中的值按照电位的阻值代入进行计算？

看测量结果与理论之间的误差？

电路测试2

将J8、J9与J6、J7之间分别加一毫安表，改变电位器RP6.将测量的结果记录如下：

知识点导入

比例电流源（改进电路二）

带有发射极电阻的镜像电流源，它是针对基本镜像电流源缺点（3）进行的改进，其中Re1=Re2，两管输入仍有对称性，所以：

求T2的输出电阻Ro：

输出阻值较大，所以这种电流源具有很好的恒流特性。

温度稳定性比基本的电流源好得多。

若此电路Re1不等于Re2，则：

VBE1+IE1Re1=VBE2+IE2Re2

（式中，IE1即IR，IE2即Io）

Io≈

参数对称的两管在IC相差10倍以内时，|VBE1-VBE1|<

60mV。

所以，如果Io与IR接近，或IR较大，则ΔVBE可忽略。

即只要合理选择两T射极电阻的比例，可得合适的Io、Ro。

因此，此电流源又称为比例电流源。

知识链接：

微电流源

图3.1.7微电流源电路

有些情况下，要求得到极其微小的输出电流IC2，这时可令比例电流源中的Re1=0，如图3.1.7即可以在Re2不大的情况下得到微电流IC2。

当IR一定时，Io可确定为：

可见，利用两管基-射电压差ΔVBE可以控制Io。

由于ΔVBE的数值小，用阻值不大的Re2即可得微小的工作电流——微电流源。

微电流源特点：

（1）T1，T2是对管，基极相连，当VCC、R、Re2已知时，

（略去VBE），当VBE1、VBE2为定值时，

也确定了。

（2）当VCC变化时，IREF、ΔVBE也变化，由于Re2的值一般为千欧级，变化部分主要降至Re2上，即ΔVBE2<

<

ΔVBE1，则IC2的变化远小于IREF的变化。

因此电源电压波动对工作电流IC2影响不大。

（3）T1管对T2管有温度补偿作用，IC2的温度稳定性好。

总的说来，电流“小”而“稳”。

小——R不大时IC2可以很小（微安量级）。

稳——Re2（负反馈）使恒流特性好，温度特性好，受电源变化影响小。

进一步，电流的数学关系为：

IoRe2=VBE1-VBE2

而IC≈

若

则IC2Re=26ln10≈60mV

即电流每增加10倍，IC2Re总是增加60mV。

因此得到电流每增加10倍，Re上的电压增加60mV的简单数学关系式，使计算十分方便。

思考：

若要求提供10µ

A的输出电流，使用VCC=6V的电源，R=19kΩ，你如何设计这个电流源？

电流源的主要应用

前面曾提到，增大Rc可以提高共射放大电路的电压增益，但是，Rc不能很大，因为在集成工艺中制造大电阻的代价太高，而且，在电源电压不变的情况下，Rc越大，导致输出幅度越小。

那么，能否找到一种元件代替Rc，其动态电阻大，使得电压增益增大，但静态电阻较小，因而不致于减小输出幅度呢？

自然地，可以考虑晶体管恒流源。

由于电流源具有直流电阻小，交流电阻大的特点，在模拟集成电路中较为广泛地把它作负载使用——有源负载，

1、观察此电路的组成

2、将J3、J13与J4、J5之间分别加一毫安表，J1、J14连接。

调整RP7使得两毫安表的电流相等。

J3与J4之间放一电压表。

观察此时电压表的读数。

差分放大电路基本特性、静态特性

一、差分放大电路的静态特性

图3.2.3差动式放大电路

因没有输入信号，即vs1=vs2=0时，由于电路完全对称：

所以输入为0时，输出也为0。

二、差分放大电路的基本特性

（一）零漂及电路组成

在直接耦合放大电路中提到了零漂的问题，抑制零漂的方法一般有如下几个方面：

（1）选用高质量的硅管。

（2）采用补偿的方法，用一个热敏元件，抵消IC受温度影响的变化。

（3）采用差动放大电路。

本节详细讨论差动放大器的工作原理和基本性能，如图3.2.1所示。

基本差动式放大器如图3.2.1所示。

T1、T2——特性相同的晶体管。

电路对称，参数也对称，如：

VBE1=VBE2=VBE，Rc1=Rc2=Rc，

Rb1=Rb2=Rb，Rs1=Rs2=Rs，

β1=β2=β；

电路有两个输入端：

b1端，b2端；

有个输出端：

c1端，c2端。

（二）共模信号和差模信号。

若vs1=-vs2——差模输入信号，大小相等，对共同端极性相反的两个信号，用vsd表示。

若vs1=vs2——共模输入信号，大小相等，对共同端的极性相同，按共同模式变化的信号，用vsc表示。

实际上，对于任何输入信号和输出信号，都是差模信号和共模信号的合成，为分析简便，将它们分开讨论。

考虑到电路的对称性和两信号共同作用的效果有：

vs1→

vs2→

于是，此时相应的差模输入信号为：

vsd=vs1-vs2差模信号是两个输入信号之差，即vs1、vs2中含有大小相等极性相反的一对信号。

共模信号：

vsc=（vs1+vs2）/2共模信号则是二者的算术平均值，即vs1、vs2中含有大小相等，极性相同的一对信号。

即对于差放电路输入端的两个任意大小和极性的输入信号vs1和vs2均可分解为相应的差模信号和共模输入信号两部分。

（三）、差模信号和共模信号的放大倍数

放大电路对差模输入信号的放大倍数称为差模电压放大倍数AVD：

AVD=vo/vsd。

放大电路对共模输入信号的放大倍数称为共模电压放大倍数AVC：

AVC=vo/vsc。

在差、共模信号同存情况下，线性工作情况中，可利用叠加原理求放大电路总的输出电压vo。

vo=AVDvsd+AVCvsc

例题讲解：

如图3.2.2所示，vs1=5mV，vs2=1mV，则vsd=5-1=4mV，vsc=0.5（5+1）=3mV。

也就是说，两个输入信号可看作是

vs1=5mV→3mV+2mV

vs2=1mV→-3mV+2mV

差模输入信号vsd=4mV和共模输入信号vsc=3mV叠加而成。

电路测试3

将J3、J13与J4、J5之间分别加一毫安表，J1、J14连接。

J14、J15与J16、J17之间加一信号源，调节RP2和RP5，分别观察此时电压表的读数。

1．双入双出

（1）输入为差模方式：

，若ic1上升，而ic2下降。

电路完全对称时，则|Δic1|=|Δic2|因为I不变，因此Δve=0（vo1=vc1，vo2=vc2）。

即AVC=A1（共发射单管放大电路的放大倍数）。

有负载RL时

图3.2.4差动放大器共模输入交流通路及其等效电路

因为RL的中点是交流地电位，因此在其交流通路中，电路中线上各点均为交流接地，由此可画出信号的交流通路如图3.2.4所示，由上面的计算可见，负载在电路完全对称，双入双出的情况下，AVD=A1，可见该电路使用成倍的元器件换取抑制零漂的能力。

差模输入电阻Ri——从两个输入端看进去的等效电阻Ri=2rbe。

差模输出电阻Ro的值为Ro=2Rc

Ro、Ri是单管的两倍。

（2）输入为共模方式：

vs1=vs2，此时变化量相等，vc1=vc2

实际上，电路完全对称是不容易的，但即使这样，AVC也很小，放大电路的抑制共模能力还是很强的。

J3与地连接，将J4悬空，计算电路的放大倍数和输入电阻及输出电阻。

知识链接

单入双出、单出

若vs1=vi＞0，则ic1增大，使ie1也增大，ve增大。

由于T2的b级通过Rs接地，如图3.2.6所示，则vBE2=0-ve=-ve，所以有vBE2减小，ic2也减小。

整个过程，在单端输入vs的作用下，两T的电流为ic1增加，ic2减少。

所以单端输入时，差动放大的T1、T2仍然工作在差动状态。

图3.2.52Re为等效电阻

图3.2.6单端输入、双端输出电路

从另一方面理解：

vs1=vi，vs2=0将单端输入信号分解成为一个差模信号vsd和共模信号vsc

将两个输入端的信号看作由共模信号和差模信号叠加而成，即：

电路输出端总电压为：

vo=AVCvsc+AVDvsd

经过这样的变换后，电路便可按双入情况分析：

（1）如为双端输出，则似双入双出中分析：

即可看为单入双出时的输出vo与双入双出相同。

（2）如为单端输出（设从T1，c极输出），则似双入单出中分析

（3）差模输入电阻：

当Re很大时（开路），可近似认为Ri与差动输入时相似Ri≈2rbe

（4）输出电阻：

双出：

Ro=2Rc

单出：

Ro=Rc

注：

对于单入单出的情况，从T1的c极输出，和从T2的c极输出时输入，输出的相位关系是不同的。

从T1的c极输出如图3.2.7所示。

设vi的瞬时极性大于零，则ic1增大，vc1减小，所以输出与输入电压相位相反，所以AVD<

0。

从T2的c极输出如图3.2.8所示。

设vi的瞬时极性大于零，则ic1增大，ve增大，使得vBE2减小，所以ic2减小，vc2增大，输入输出相位相同。

所以AVD>

由以上分析可知在单入单出差放电路中，如果从某个三极管的b极输入，然后从同一个T的c极输出，则vo和vi反相；

如果从另一T的c极输出，则vo和vi同相。

顺便提一下，在单出的情况下，常将不输出的三极管的Rc省去，而将T的c极直接接到电源VCC上。

图3.2.7从T1的c极输出

图3.2.8从T2的c极输出

电路测试5

1、测量差模放大倍数AVd

将TP9接地，从TP8处输入峰峰值为50mV，频率为1KHz的差模信号Vid。

参见图7-1，用毫伏表分别测出双端输出差模电压Vod（Uo1–Uo2）和单端输出电压Vod1（Uo1）、Vod2（Uo2）。

用示波器观察它们的波形（Vod的波形观察方法：

用两个探头，分别测Vod1、Vod2的波形，微调档相同，按下示波器Y2反相按键，在显示方式中选择叠加方式即可得到所测的差分波形）。

并计算出差模双端输出的放大倍数AVd和单端输出的差模放大倍数AVd1或AVd2。

记入自制表格中。

2、测量共模放大倍数AVC

连接输入端TP8和TP9，则R1与R2从电路中断开。

从TP8端输入峰峰值为5V，频率为1KHz的共模信号，用毫伏表分别测量T1、T2两管集电极对地的共模输出电压UOC1和UOC2，用示波器观察它们的波形，则双端输出的共模电压为UOC=UOC1-UOC2，并计算出单端输出的共模放大倍数AVC1（或AVC2）和双端输出的共模放大倍数AVC。

共模抑制比

共模抑制比KCMR是衡量差放抑制共模信号能力的一项技术指标。

定义：

有时用分贝数表示：

AVD越大，AVC越小，则共模抑制能力越强，放大器的性能越优良，所以K越大越好。

在差放电路中，若电路完全对称，如图3.2.9所示，则有：

图3.2.9基本差动放大电路在共模输入时的交流通路

（1）双端输出时，KCMR趋于无穷（AVC→0）。

（2）单端输出时，

由此得，恒流源的交流电阻Re越大，K越大，抑制共模信号能力越强。

由此知，设计放大器时，必须至少使KCMR>

vsc/vsd。

例如：

设KCMR=1 

000，vsc=1mV，vsd=1µ

V，则

。

这就是说，当K=1 

000时，两端输入信号差为1µ

V时所得输出vo与两端加同极性信号1mV所得输出vo相等。

若KCMR=10 

000，则后项只有前项1/10，再一次说明K越大，抑制共模信号的能力越强。

将上述所测量结果代入公式求相应共模抑制比。

【技能训练】

对照电路图在面包板上搭建差分放大电路，并放入防盗报警器中。

【项目总结】

【拓展训练】