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1、模拟电子技术基础,电子信息类专业适用,每 天 进 步 一 点 点 ,差分放大电路,第六章：,( Differential Amplifier ),6.1 直接耦合要解决的问题,6.2 基本差分电路,6.3 长尾式差分电路,6.4 恒流源式差分电路,本章小结,第六章：差分放大器,第六章：差分放大器,1.零点漂移及其抑制 2.差分放大原理 3.恒流源差分电路,难点,1.差分放大器性能指标的求解 2.恒流源电路,要求,1.熟练掌握基本概念 2.掌握差分放大的工作原理 3.学会分析差分电路的方法,知识点,1.模信号分析 2.差模信号分析 3.模抑制比 4.差分电路类型,知识点,1.模电路分析 2.差模
2、电路分析 3.模抑制比 4.差分电路四种接法,知识点,1.恒流源电路 2.恒流源差分电路 3.静态分析 4.动态分析 5.改进电路,2.长尾式差分电路,3.恒流源式差分电路,1.基本差分电路,第六章：差分放大器,零漂有时会把有用信号淹没,1. 零点漂移：,当ui=0时，uo0且无规律的现象，称为零点漂移，简称零漂。,由温度引起的零漂称为温漂,由元器件老化引起的零漂称为时漂,引起直接耦合放大电路 零漂的主要因素是温漂,零漂的严重性：淹没有用信号。,零漂的衡量：,很显然：多级放大中第一级的零漂影响最严重！,将输出的漂移折合到输入端:,抑制零漂的方法： 负反馈法：只能抑制无法消除 温度补偿法：很难完
3、全消除(补偿) 差分电路法：抑制能力很强，电路更灵活 信号变换法：比较复杂,2.零输入零输出问题：,当ui=0时，uo=0,方法：双电源供电,基本差分电路的组成,1.,差分电路的四种接法,2.,差分电路的差模放大作用,3.,差分电路的模抑制作用,4.,差分电路工作原理,一、基本差分电路的组成：,由两个结构完全对称的射放大电路组成。,对称的意思：,a.两个三极管的特性一致；,b.电路参数对应相等。,二、差分电路的四种接法:,输入方式,单端输入,双端输入,输出方式,单端输出,双端输出,输入、输出的组合就构成了差分电路的四种接法！,差模信号与模信号：,差模信号：Ud=Uid1-Uid2,大小相等，极
4、性相反的一对信号: Uid1= - Uid2,模信号: Uc=Uc1=Uc2,大小相等，极性相同的一对信号, 用Uic1、Uic2表示，Uic1= Uic2,零点漂移对两个管子作用相同，故可视为模信号！,模信号和差模信号示意图,差分电路只放大差模信号，抑制模信号！,uic1,uic2,uid1,uid2,信号的分解：根据定义,uid1=-uid2=uid /2 =(ui1-ui2)/2 uic1=uic2=uic =(ui1+ui2)/2,ui2=uic2-uid2=uic-uid /2,（如：ui1 = 32 mV，ui2 = 0V）,三、对差模信号的放大作用：,差模信号：,uid1 = u
5、id2,大小相等，极性相反,差模输入信号：,uid = uid1 uid2,结论：双端输出的差模电压放大倍数等于单管的电压放大倍数！,模信号：,uic1 = uic2,大小相等，极性相同,模输入信号定义为：,uic = uic1 = uic2,四、对模信号的抑制作用：,对零点漂移有抑制能力！,长尾式 差分电路,长尾式差分电路的静态分析,长尾式差分电路的动态分析,四种接法的性能比较,3,2,1,一、电路组成：,由于单端输出的基本差分电路无零漂抑制能力，因此，对基本差分电路进行改进，引入RE成为长尾式差分电路。,长尾电路: long tailed pair,VEE = UBEQ + IEERE,I
6、EE = (VEE UBEQ) / RE,ICQ1 = ICQ2 (VEE UBEQ) / 2RE,UCQ1 = VCC ICQ1RC,UCQ2 = VCC ICQ2RC,Uo = UCQ1 UCQ2 = 0,二、静态分析:,直流通路（等效电路）,三、动态分析:,动态分析的思路： 1.将双管电路化成单管电路，利用以前的结论来分析； 2.模信号单独分析； 3.差模信号单独分析； 4.综合起来看电路对两种信号的综合作用；,将双管电路化成单管电路的关键： 1.合理处理射极公元件RE 2.合理处理集电极负载RL,1 . 模输入分析：,所以：等效电路如右；,uoc = 0,uic1,V1,+VCC,V2
7、,VEE,RC,RC,RE,uoc,uic2,三、动态分析:,双端输出：,1 . 模输入分析：,三、动态分析:,单端输出：,其等效单管电路如图：,等效单管电路,模电压放大倍数：,模输入电阻(输入端并联):,显然：Re越大越好！,2 . 差模输入分析：,三、动态分析:,双端输出：,差模信号：,uid1 = - uid2,Uod = 2 Uod1,RL等效为RL/2,IRe = 0,Re = 0,Re = ,uRe=0,2 . 差模输入分析：,三、动态分析:,双端输出：,差模信号：,uid1 = - uid2,等效电路如右：,等效单管电路,化成单管如图：,Rid = 2rbe1,Ro = 2Rc1
8、,2 . 差模输入分析：,三、动态分析:,单端输出：,此时，负载不属于公元件，无须处理； 输出信号却比双端的时候减少一半；,Rid = 2rbe,Rod = RC,模抑制比：差分放大器的重要指标,例如：,因此：双端输出的模抑制比CMRR=,单端输出的模抑制比:,显然：Re非常重要！,改进的恒流源式差分电路,恒流源式差分电路的动态分析,恒流源式差分电路的静态分析,恒流源式差分电路,恒流源电路,1,2,3,4,5,一、电流源电路,增大模抑制比的思路：,增大RE,用恒流源动态内阻代替RE,三极管电流源,简化画法,电流源代替长尾式差分电路中的RE,改进的差分电路1：,静态工作点的求解，先从DZ入手，求
9、得IE3，进而求得IC3,逐步求得IC1、IC2、UC1、UC2等。,V3、V4构成比例 电流源电路,改进的差分电路2：,R1,特点 : 差模分量：大小相等，相位相反 模分量：大小相等，相位相同,差模信号:,模信号:,根据以上两式可以得到:,差分式放大电路可以输入两个信号，输出两个信号,两信号的差值称为差模信号，而两信号的算术平均值称为模信号。即:,差模电压增益：,模电压增益：,总输出电压：,模信号：,uic1 = uic2,大小相同，极性相同,Uoc = 0,RL=,模输入分析小结：,uid1 = - uid2,Uod = 2 Uod1,RL等效为RL/2,IRe = 0,Re = 0,Re
10、 = ,uRe=0,差模信号：,大小相同，极性相反,差模输入分析小结：,结论,(1) 双端输出时，Aud 与单管 Aud 基本相同；单端输出时，Aud 约为双端输出时的一半。 双端输出时，Ro = 2Rc；单端输出时， Ro = Rc 。 (2) 双端输出时，理想情况下，KCMR ；单端输出时，模抑制比不如双端输出高。 (3) 单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，而使输出电压与输入电压反相或同相。 (4) 单端输出时，由于引入很强的模负反馈，两个管子仍基本工作在差分状态。 (5) 单端输出时， Rid 2(R + rbe)。,(1)差模电压放大倍数：只与输出方式有关,长尾式差动放大器参数计
11、算总结：,双端输出时：,单端输出时：,(2)模电压放大倍数：只与输出方式有关,双端输出时：,单端输出时：,(3)差模输入电阻：,不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。,(4)差模输出电阻：,双端输出时：,单端输出时：,差分放大电路四种接法的性能比较,Ad,Rid,Ro,差分放大电路四种接法的性能比较,1. Ad 与单管放大电路基本相同。 2.在理想情况下，KCMR。 3.适用于差分输入、双端输出，输入信号及负载的两端均不接地的情况。,1. Ad 约为双端输出时的一半。 2. 由于引入模负反馈，仍有较高的KCMR。 3.适用于将双端输入转换为单端输出。,1. Ad 与单管放大电路基本相同。 2.在理想情况下，KCMR。 3.适用于将单端输入转换为双端输出。,1. Ad 约为双端输出时的一半。 2.比单管放大电路抑制零漂的能力强很多。 3.适用于输入、输出均要求接地的情况。 4.选择不同管子输出，可使输出电压与输入电压反相或同相。,本章主要电路的演化过程：,1.基本差分电路,2.长尾式差分电路,3.恒流源差分电路,4.比例恒流源差分电路,改进的目的：针对Re提高CMRR!,Thank You !,每 天 进 步 一 点 点 ,
