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1、第3章 放大电路基础 3.3 差分放大电路 3.3.1 差分放大电路的工作原理 3.3.2 电流源与具有电流源差分放大电路 3.3.3 差分放大电路的输入、输出方式 第3章 放大电路基础 差分放大电路 第3章 放大电路基础 一、电路组成及特点: 3.3.1 差分放大电路的工作原理 a. 元件参数对称； b. 双电源供电； c. 两个输入端， 两个输出端； d. 当 ui1 = ui2 时，uo = 0 能有效地克服零点漂移 VEE 为辅助电源 第3章 放大电路基础 二、抑制零漂原理 分析当ui =0时，在温度影响下 uO是否为零 Uo= UCQ1 - UCQ2 = 0 U0 = (UCQ1 +
2、 UC1 ) - (UCQ2 + UC2 ) = 0 (1) 静态时： ui1 = ui2 =0 （2）温度变化时： UC1 = UC2 IC1 导致UC1 变化量为UC1 IC2 导致UC2 变化量为UC2 则： 第3章 放大电路基础 三、 差模信号与共模信号 共模信号：数值相等，极性相同的输入信号，即 ui1= ui2= uic 差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即 ui1= -ui2 一般定义：对于任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成 差模分量和共模分量的组合形式。 例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV,则：uid = 10mV , uic = 1
3、5mV 差模分量: uid = ui1 ui2 共模分量:uic = (ui1 + ui2 ) /2 从输出看： uo = uoc+ uod = Aucuic+Auduid 第3章 放大电路基础 1. 静态分析VEE = UBEQ + IEQRE IEQ = (VEE UBEQ) / RE ICQ1 = ICQ2 IEQ1 IEQ2 UCQ1 = VCC ICQ1RC UCQ2 = VCC ICQ2RC Uo = UCQ1 UCQ2 = 0 （抓住 IE Q电流的求法） 如果加了负载? IEQ IEQ1IEQ2 UCQ1UCQ2 ICQ1 ICQ2 UBEQ 四. 基本差分放大电路工作原理分析
4、 (VEE UBEQ) / 2REE 第3章 放大电路基础 iE2iE1 iE IC2IC 1 1)差模输入与差模特性 2.动态分析 (1) 差模输入 在差分放大电路输入 大小相同、极性相反 的输入信号: ui1 = ui2 iE = iE1+ iE2 =2 iE1 第3章 放大电路基础 iE2iE1 iE IC2IC 1 (差模信号的交流通路) 输入差模信号时： ui1 = ui2 iE = iE1+ iE2 = 0 uRE =0 RE对差模信号相当于短路 RE的作用： 稳定Q点， 提高共模抑制能力. (2) 差模特性(iE = iE1+ iE2 =2 iE1 ) iE1 = - iE2 第
5、3章 放大电路基础 uo1uo2 uo= uC1 - uC2 = u01 u02 = 2 u01 = 2 u02 (3)差模放大倍数: (ui1 = ui2) 第3章 放大电路基础 uod1 ui1 ib1 ib1 单边的微变等效电路 微变等效电路 第3章 放大电路基础 uod1 ui1 ib1 ib1 第3章 放大电路基础 第3章 放大电路基础 2) 共模输入与共模特性： ui1 = ui2 =uic (1)共模输入大小相同、极性相同。 iE2iE1 iE IC2IC 1 第3章 放大电路基础 (2)共模特性 (共模信号的交流通路) iE = iE1 + iE2 = 2 iE1 =2 iE2
6、 ui1 = ui2 =uic iE uRE = 2 iE1 RE = 2 RE iE2 RE对每个晶体管 的共模信号 有2RE的反馈效果。 第3章 放大电路基础 iE2iE1 iE IC2IC 1 差分放大电路对共模信号有抑制作用 uo= uC1 - uC2 =0 共模放大倍数: 第3章 放大电路基础 3) 共模抑制比 定义: KCMR = KCMR (dB) =(分贝) 物理意义:表明差分放大电路抑制共模信号的能力 KCMR越大，抑制能力越强 第3章 放大电路基础 例 3.3.1 已知： = 80，rbb = 200 ，UBEQ = 0.6 V， (1)静态工作点: ICQ1,UCQ1;
7、ICQ2,UCQ2. (2)差模电压放大倍数 Aud， 差模输入电阻 Rid，输出电阻Rod。 ui1 V1 +12V V2 12V RCRC REE uod ui2 10 k10 k 20 k 20 k 解：(1) ICQ1 = ICQ2 (VEE UBEQ) / 2REE= 0.285 (mA) UCQ1= UCQ2 = VCC ICQ1RC= 9.15 (V) (2) Rid = 2rbe= 2 7.59 = 15.2 (k)Rod = 2RC= 20 (k) 试求： 第3章 放大电路基础 例 3.3.2 (2) 若 Aud = 50、 Auc = 0.05 求输出电压 uo，及 KCM
8、R (1)求差模输入电压 uid 、共模输入电压 uic 解： (1) uid = u i1 u i2 uic = (ui1+ ui2 ) / 2 = 1.01 0.99 = 1 (V) 1.01 V0.99 V ui1 V1 +VCC V2 VEE RCRC REE uo ui2 uC1 uC2 = 0.02 (V) uod = Auduid (2) = 50 0.02 = 1 (V) uoc = Aucuic= 0.05 1 = 0.05 (V) uo = Auduid + Aucuic= 1.05 (V) = 60 (dB) 第3章 放大电路基础 差模输入电阻: 第3章 放大电路基础 3
9、.3.2 电流源与具有电流源差分放大电路 iE2iE1 iE IC2IC 1 uo= uC1 - uC2 =0 第3章 放大电路基础 一. 具有电流源的差分放大电路 1. 电流源电路 三极管电流源 +VCC RL RE RB1 RB2 IC I0 第3章 放大电路基础 第3章 放大电路基础 当2时 UBE1 = UBE2 1) 镜像电流源电路 第3章 放大电路基础 2) 微电流源电路 微电流源 I0R2 = UBE1 UBE2 V1 +VCC R2 RI0 V2 IREF UBE1 UBE2 第3章 放大电路基础 二极管温度补偿 V1 +VCC RE RB1 RB2 I0 V2 +VCC RL
10、 RE RB1 RB2 IC 三极管电流源 V1 +VCC R2 R R1 I0 V2 IREF 第3章 放大电路基础 3) 比例型电流源 二极管温度补偿 V1 +VCC RE RB1 RB2 I0 V2 比例型电流源 V1 +VCC R2 R R1 I0 V2 IREF UBE1 UBE2 UBE1 UBE2 多路电流源 V1 +VCC R2 R R1 I02 V2 IREF R3 I03 V3 第3章 放大电路基础 2 具有电流源的差分放大电路 V3、V4 构成比例电流源电路 ui1 V1 +VCC V2 RC uo ui2 RC VEE R2 R3 IC3 V3 V4 IREF IC4
11、R1 第3章 放大电路基础 (1)求静态工作点； (2)求电路的差模 Aud，Rid，Ro。 例 3.3.3 = 100 解： (1) 求“Q” ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0 UCQ1 = UCQ2 = 6 0.42 7.5 = 2.85 (V) (2)求 Aud，Rid，Ro Ro = 2RC = 15 (k) ui1 V1 +VCC V2 RC uo ui2 RC VE E R2 R3 I0 V3 V4 IREF +6 V 6 V 100 100 7.5 k 7.5 k 6.2 k 100 第3章 放大电路基础 3.差分放大电路的输入、输出方式 输入端 接法 双端输入 单端输入
12、 输出端 接法 双端输出 单端输出 第3章 放大电路基础 1) 双端输入, 双端输出 第3章 放大电路基础 2) 单端输入,双端输出: 单端输入（ui2 = 0）与双端输入的差别: 在差模输入的同时伴随着共模输入 第3章 放大电路基础 3) 双端输入,单端输出: 第3章 放大电路基础 4) 单端输入,单端输出: 第3章 放大电路基础 4.单端输出方式 1) 静态分析： 一、单端输出方式 近似计算:设 VEE = UBEQ + IEQRE IEQ = (VEE UBEQ) / RE = (VEE UBEQ) / 2REE UBEQ 第3章 放大电路基础 求: UCQ1 ，UCQ2 UCQ2 =
13、VCC ICQ2RC UCQ1 = ？ UC1UC2 UCQ1 = VCC ICQ1RC 第3章 放大电路基础 戴维宁等效电路 第3章 放大电路基础 输出为双端输出的一半 输入不变 动态分析: 如果从v2输出： 第3章 放大电路基础 差分放大电路小结： 1. 主要特点：放大差模信号，抑制共模信号(克服零点漂移) 2. 四种输入、输出方式比较： 输入输 出方式 差模信号uid 共模信号uic 差模电压放 大倍数 Aud 差模 Rid 差模 Rod 共模抑制比 KCMR 双入 双出 uid = ui uic = 0 单入 双出 uid = ui uic = 0 双入 单出 uid = ui uic
14、 = ui / 2 单入 单出 uid = ui uic = ui / 2 ( ) 很小 P124 第3章 放大电路基础 4. NMOS 管电流源 原理电路 当 V1、V2 几何尺寸相同时： I0 = IREF 采用 V3 管代替 R +VCC V1 RI0 V2 IREF D G S G S D VEE +VCC V1 I0 V2 IREF D G S G S D VEE V3 D S G 第3章 放大电路基础 二、双端变单端的转换电路 电阻桥产生双端输入信号，负载多为一端接地。 双端输入 单端输出 差分电路 R R R Rt +VCC RL 具有双端输出优点，又有负载一端接地的单输出形式。
15、 第3章 放大电路基础 具有双端输出效果的单端输出电路 (有源负载差分放大电路) 恒流源代替电阻RC（ RD ） 对于差模信号： ic1 = ic3= ic4 iL = ic2 + ic4 V3、V4 为镜向电流源 = ic2 + ic1= 2ic1 uo= 2ic2RL 使单端输出获得双端输出效果 对于共模信号： iL = ic1 ic2 = 0 uoc = 0 ic1 = ic2 (方向如图) +VCC ui V1V2 uo VE E I0 RL V3V4 ic1 ic2 ic3 ic4 iL 第3章 放大电路基础 一、通用型集成运放的组成 4. 2 集成运算放大电路 “管”+“路” 集成电路 1. 模拟集成电路的特点 1) 直接耦合： 采用差分电路形式，元件相对误差小； 2) 大电阻用恒流源代替，大电容外接； 3) 二极管用三极管代替(B、C 极接在一起)； 4) 高增益、高输入电阻、低输出电阻。 (Operational Amplifier) 第3章 放大电路基础 2. 组成方框图 输入级： 输入级 偏置电路 中间级输出级 + uo uid 差分电路，大大减少温漂。 中间级： 采用有源负载的共发射极电路，增益大。 输出级：OCL 电路，带负载能力强 偏置电路：镜像电流源，微电流源。 第3章 放大电路基础 3. 通用型集成运算放大
