差分放大电路.ppt

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差分放大电路,重点:

l直接耦合放大电路及存在的主要问题l典型差分放大电路的工作原理l掌握差分电路的分析,会求静态工作点、差模电压放大倍数、差模输入电阻、输出电阻。

1差分放大电路,增加R2、RE2:

用于设置合适的Q点。

问题1:

前后级Q点相互影响。

1.1直接耦合电路的特殊问题,怎样解决直流电位相互牵制的问题？

（1）利用Re2提高T2的Ue，使T1，T2退出饱和状态。

问题2:

零点漂移。

前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当ui等于零时，uo不等于零。

有时会将信号淹没,零点漂移,1.2直接耦合放大器的特点,1、什么是零点漂移在直流放大电路中，我们把输入信号为零时，输出电压偏离其初始值的现象称为零点漂移。

（1）直流放大器级数越多，放大倍数越大。

输出端漂移现象越严重。

（2）第一级的零漂影响最大。

有时会将信号淹没,零点漂移的危害：

直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。

严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。

抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。

差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。

3、产生零漂的原因

（1）温度的变化最主要。

（2）电流电压的波动。

（3）元件老化等造成的电路元件参数的变化。

4、减少零漂的措施

（1）选用高质量的硅管，并用温度补偿电路。

（2）在电路中引入直流负反馈。

（3）采用差分放大电路。

2、怎样衡量零点漂移的大小,温漂指标：

温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。

1.3差分放大电路,电路特点：

T1、T2所在的两边电路参数完全对称。

1、差分放大电路的结构,1、差分放大电路的结构,输入输出有四种接法,

（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、抑制零漂的原理,温度变化和电源电压波动，都将使t1、t2集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，因此当从t1、t2集电极输出信号时，其变化量相互抵消，理想情况下，没有温漂。

3.信号输入,

（2）差模（differentialmode）输入,ui1=-ui2=uid,

（1）共模（commonmode）输入,ui1=ui2=uC,差模电压放大倍数:

共模电压放大倍数:

幅度相等、极性相同的一对输入信号。

通常为温漂和干扰信号。

共模输入时，由于电路完全对称，当温度变化时，两管的零漂总是一样的，即uo1=uo2，则uoc=Au（uic1-uic2）=uo1uo2=0差分放大器可以完全抑制共模信号。

幅度相等、极性相反的一对输入信号。

通常为有用信号。

（3）比较输入,两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，既非共模，又非差模。

比较输入在自动控制系统中是较常见的。

结论：

任意输入的信号:

ui1,ui2，都可分解成一对差模分量和共模分量的组合。

差模分量:

共模分量:

注意：

ui1=uic+uid；ui2=uic-uid,例:

ui1=20mV,ui2=10mV,则：

ud=5mV,uc=15mV,（3）比较输入,ui1、ui2大小和极性是任意的。

例1:

ui1=10mV,ui2=6mV,ui2=8mV2mV,例2:

ui1=20mV,ui2=16mV,可分解成:

ui1=18mV+2mV,ui2=18mV2mV,可分解成:

ui1=8mV+2mV,共模信号,差模信号,放大器只放大两个输入信号的差值信号差分放大电路。

对于线性差分放大电路，可用叠加定理求得输出电压,uo1=Acuic+Aduid；uo2=AcuicAduiduo=uo1uo2=2Aduid=Ad（ui1ui2）,输出电压的大小仅与输入电压的差值有关。

这就是差分放大电路的差值特性。

对于差分放大电路来说，差模信号是有用信号，要求对差模信号有较大的放大倍数；而共模信号是干扰信号，对共模信号的放大倍数越小越好。

对共模信号的放大倍数越小，就意味着零点漂移越小，抗共模干扰的能力越强。

对于差模信号，我们要求放大倍数尽量地大；对于共模信号，我们希望放大倍数尽量地小。

实际电路中，差动式放大电路不可能做到绝对对称，这时Uo0，Ac0，即共模输出电压不等于零。

共模电压放大倍数不等于零，为了全面衡量一个差分放大器放大差模信号、抑制共模信号的能力，引入共模抑制比。

（4）共模抑制比,差模放大倍数,共模放大倍数,KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。

共模抑制比,这个定义表明，共模抑制比愈大，差动放大器放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力也越强。

例:

Ad=-200Ac=0.1KCMRR=20lg（-200）/0.1=66dB,带Re的差分放大电路,2差分放大电路的静态分析,直流通路,直流等效电路（a）直流偏置电路；（b）直流等效电路,静态分析：

如图所示，由于流过Re的电流为IE1和IE2之和，又由于电路的对称性，则IE1=IE2，流过Re的电流为2IE1。

静态工作点的估算：

ICQ=IBQ,UC1=UC2=UCCICRC,UE1=UE2=2IE（RE+RP/2）UEE,UCE1=UCE2=UC1UE1,由于差分放大电路有两个输入端、两个输出端,所以信号的输入和输出有四种方式，这四种方式分别是双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。

根据不同需要可选择不同的输入、输出方式。

1.双端输入,差分放大电路的连接方式,（a）单端输出（b）双端输出,3差分放大电路的动态分析,

（1）共模输入：

ui1=ui2=uic，称之为共模输入信号。

共模输入差放电路,共模输入差放电路,共模电压放大倍数,以上计算结果表明：

单端输出时，差放电路对共模信号的抑制是通过Re的强烈负反馈实现的；,两三极管对称，放大电路的输入回路经过两管的发射结和等效电阻2Re，从输入端看进去两管所在支路并联，故,由于只取一个三极管的集电极电压变化量，放大电路的输出回路从T1管的集电极经过,以上计算结果表明：

双端输出时，差放电路对共模信号的抑制主要是通过电路参数的对称性实现的；在电路参数不完全对称时，通过Re的强烈负反馈作用，进一步抑制共模信号。

共模电压放大倍数,放大电路的输出回路从两三级管的集电极经过两个,故差模输出电阻等于从两输出端看进去的等效的电阻,输入电阻,

（2）差模输入：

ui1=-ui2=uid/2，称之为差模输入信号。

差模输入的交流通路,思考题

（1）为什么差放可以抑制零漂？

（2）当输出端接负载电阻RL时，静态工作点和差模电压放大倍数如何？

解答,差模电压放大倍数,

（1）为什么差放可以抑制零漂？

（2）当输出端接负载电阻RL时，差模电压放大倍数如何？

答：

温度、电源电压波动等因素对差放的两个晶体管产生的零漂是相同的，相当于在差放输入端输入共模信号，而前面的分析计算表明，差放电路对共模信号有强烈的抑制作用，所以可以抑制零漂。

解：

在采用单端输出和双端输出时，情况有所区别，现分别进行分析和计算。

（1）单端输出,

（2）双端输出,2.单端输入（a）单端输出（b）双端输出,前面我们已经介绍了双入双出和双入单出两种接法。

输入信号除了可以接在差放电路的两个输入端之间，还可以单端输入，输出也可以采用单端和双端两种形式，从而构成单入双出和单入单出两种接法。

单端输入可以等效为图所示输入方式：

既有差模输入信号uI，又有共模输入信号ui/2；输出电压既包括差模信号，又包括共模信号。

单入单出、单入双出情况下的静态分析和差模信号的分析对应于双入单出、双入双出时的情况，没有差别。

对共模信号而言，单入双出在理想情况下，其共模信号完全被抑制，可以等效为双入双出的情况；但在电路参数不完全一致时，存在共模双出电压。

而单入单出就一定存在共模输出电压，共模电压放大倍数的计算与双入单出相同。

单端输入单端输出单端输入单端输出的接法，信号只从一只管子的基极与地之间接入，输出信号从一只管子的集电极与地之间输出，输出电压只有双端输出的一半，电压放大倍数Ad也只有双端输出时的一半。

式中,输入电阻,输出电阻,从几种电路的接法来看，只有输出方式对差模放大倍数和输入、输出电阻有影响，不论哪一种输入方式，只要是双端输出，其差模放大倍数就等于单管放大倍数，单端输出差模电压放大倍数为双端输出的一半。

例：

已知：

=50，UBE=0.7V，输入电压ui1=7mV，ui2=3mV。

（1）计算放大电路的静态值IB、IC和各电极的电位VE、VC、VB；,

（2）把输入电压分解为共模分量uic1、uic1和差模分量uid1、uid1；,（3）求单端共模输出uoc1和uoc2；,（4）求单端差模输出uod1和uod2；,（5）求单端总输出uo1和uo2；,（6）求双端共模输出uoc、双端差模输出uod和双端总输出uo。

解：

（1）单管直流通路为,解：

（2）输入信号分解为,（3）单管共模信号通道为,解：

解：

（4）单管差模信号通道为,解：

如果改为单端输入呢？

可把单端输入看作双端输入,此时的uo1与ui反相，为反相输出端，uo2与ui同相，为同相输出端。

4恒流源式差放电路,电路结构:

1.恒流源相当于阻值很大的电阻。

2.恒流源不影响差模放大倍数。

3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。

恒流源的作用,差放电路的几种接法,双端输入双端输出：

Ad=Ad1,双端输入单端输出：

单端输出：

对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。

ud=0.5ui,uc=0,ud=0.5ui,uc=0.5ui,