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1、第 4 章 差动放大电路在工业控制过程中，如温度、压力这样的物理量，被传感器检测到并转化为微弱的。变化缓慢的非周期电信号。而 这些信号还需要经过直流放大器放大以后，才能进行进一步的处理或推动二次仪表进行显示。那么，这里的放大器 一般采用直接耦合多级放大器。直接耦合多级放大器存在零点漂移的问题，克服零点漂移的有效办法，就是在多级放大器的输入级采用差动放大电 路。典型差动放大电路零点漂移问题1、零点漂移（1）零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象，简称零漂。（2）零漂产生的原因：晶体管参数（I U、0 ）随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化等。CEO、 BE
2、（其中主要因素是温度对晶体管参数的影响，称为温漂。）（3）温漂：环境温度每变化1C,将放大电路输出端出现的漂移电压AU折算到输入端，用这个折算到输入端的o漂移电压数值表示零漂的大小，用AU表示。i（常常认为，零漂就是温漂。） 放大电路的级数越多，放大倍数越大，则零漂电压逐级放大，就使零漂越严重，有时会将输入信号淹没。那么，第 一级零漂对输出端的总零漂来说，占主要地位。2、抑制温度漂移的措施： 在电路中引入直流负反馈。（如第2章介绍的分压式偏置电路中的R就是一个直流负反馈。）E 采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成差动放大电路，至于直接耦合多级放大电路的输入端。典型差动放大电路1、电路
3、结构与静态工作情况（图4-1为典型的差动放大电路）将两个电路结构、参数均相同的单管放大电路组合在一起，就成为差 动放大电路的基本形式。两管射极均通过电阻R与负电源串联之后接地。E（1）差动放大电路的结构特点： 由两个结构、参数左右对称的共射放大器组成； 它有两个输入端a和b，存在两个输入信号u、u ;i1 i 2 它有两个输出端，有单端输出（从任意一个集电极输出）、双端输出（从两个集电极之间输出）两种方式 U 为负电源，确保匕、V工作在放大状态。EE12（2）静态工作情况u二u二0时（静态）：电源V和U使得V和V发射结正偏，集电结反偏；I =01 :R上流过的 i1 i 2CC EE 1 2
4、C B E静态电流为21。E2、输入与输出方式（1） 输入方式：双端输入和单独输入。（图4-1 为双端输入，图4-2 为单端输入）（2） 输出方式：双端输出和单端输出。（图4-1 为双端输出，图4-2 为单端输出）（ 3 ）差动电路的输入输出方式：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3、对零点漂移的抑制作用（ 1 ）分析图 4-1 所示电路，双端输入双端输出差动电路当输入u = u = 0时：i1 i 2 温度不变：u = u = 0时，输出电压u = u U = 0 （电路对称，U = U ）i1 i2o C1 C2C1C 2 温度变化时：u= （U+Au）
5、 （U+Au）（电路对称，u = U ，Au=Au）oC1C1C 2C 2C1C 2C1C 2（温度变化时，两管集电极电位随之变化，但电路对称，变化量Au和Au的大小和方向相同。）C1C 2结论：双端输入双端输出差动电路有效的抑制了零点漂移。（ 2 ）电阻 R 对零漂的抑制作用E除了差动电路的结构可以抑制零漂以外，电阻R对零漂也有抑制作用。R的电流负反馈作用能够抑制各种原因引EE起的集电极电流的改变，从而使Au和Au减至最小，抑制零点漂移。C1C 2R ：温度补偿电阻。E差动放大电路的公共发射极电阻R是保证静态工作点稳定的关键元件。E当温度T T，两管的发射极电流I和I 、集电极电流I和I均增
6、大。由于两管基极电位V和V均保持不变,E1 E 2C1 C 2B1 B2两管的发射极电位V = I R升高，引起两管的发射结电压U 和U 降低（U =V I R ）。两管的基极电E E EBE1 BE 2BE B E E流I和I随之减小，集电极电流I和I下降。此过程类似分压式偏置的共射放大电路中R的作用。B1 B2 C1 C 2 ET Tn I T,I Tn V T （V = I R ） n U I （U = V I R ,V 固定）n I In I I,I IC E E E E E BE BE B E E B B C E结论：（1）双端输出的差动放大电路能够抑制由各种原因引起的以I变化为特征
7、的零点漂移，抑制的效果取决于两C管参数的对称程度。如果两管完全对称，则电路能够完全的抑制零漂。（2）单端输出的差动放大电路能够抑制由各种原因引起的以I变化为特征的零点漂移，抑制的效果取决于R的CE大小，如果 R 很大，可使零漂减至最小。E4、差模信号与共模信号差模信号：作用在差动放大器两输入端的一对数值相等、极性相反的输入信号，即Ud广巴2,称差动放大电路接收差模输入。 两端输入信号之差称为差模输入信号 u ， 表示为： u =u u =2u ，idid id 1 id 2id 1u = u = u 2 。id 1id 2 id 2）共模信号：两个输入信号电压的大小相等，极性相同，即役广uc2
8、，称差动放大电路接收共模输入。这样的输入称为共模输入信号，共模输入信号常用役表示:u u uicic1ic 2（3）实际信号：实际信号通常既不是单纯的差模信号，又不是单纯的共模信号，而是任意信号仃。即:11u = u + u = u + u ； u = u + u = u ui1ic1id1 ic 2 id i 2ic 2id 2 ic 2 idI u = u + u /2差动放大器两输入端的任意信号都可以分解为一对共模信号和一对差模信号，即： i1沧 /u = u u ! 22 ic idu + u贝 0可得：u = ； u = u uic2id订 i 2（书上52页，例题4-1）典型差动放
9、大电路的静态分析静态分析的目的就是计算静态工乍点Q点，即计算两管的J Ic和Uce。（由于两管完全对称，所以只求一个管的静态值即可。静态通路如图4-4所示）=I = I ， I 二 I 二 I ， U 二 U 二 UC1 C2 CB1 B2 BCE1CE 2CEc对回路 I 列 KVL 方程可得：R I + U + 2R I = U n R I + U + 2R (1+0 )I = UB B BE E E EE B B BE E BEE注意：流过Re上的电流是Iei +【E2二IEU U则可得：I 二 ee be - B R + 2(1+0 )RBE对回路 II 列 KVL 方程可得：I R
10、+ U + 21 R = V + U n U 沁 V + U I (R + 2R )C C CEE E CC EECE CC EE典型差动放大电路的动态分析动态分析的目的是讨论差动放大电路对差模和共模信号的放大能力，以及各种输入、输出方式下电路的电压放大倍数和电路的输入输出电阻。1、双端输入、双端输出的差动放大电路 （如图 4-1 所示）1）共模信号电各输入共模信号役广役2i = i I二u，电路两边对称，则有：b1,b2 r n u = u ( uici = i Ic1 c 2c1 c 2=i R , u = i R )c1c1 Cc 2c 2 C则输出电压为：u - u -u - 0，即共
11、模输入条件下的差动输出为0。occ1 c 2（差动放大器利用其电路结构、参数上的对称性实现了对共模信号的抑制。）双端输出的差动放大电路对共模信号无放大作用，共模放大倍数A二0C（2）差模输入 输出电压 uodu输入一对差模信号：u =-u =-idid1id 2 2由于电路参数对称， V 、V 所产生的电流的变化大小相等、方向相反，即12i = i ， i = i ，贝0有：u = ublb 2 clc 2clc 2所以，输出电压为：u - u -u - 2u，实现了电压放大。 odcl c 2cl由于流经R的电流i和i大小相等，极性相反，两管的变化电Eel e 2在交流分析时，Re可视为短路
12、。流相互抵消，流过Re的电流保持不变所以，对差模信号而言,（左图给出了差动放大器的差模交流通路，Re短路。（2）差模电压放大倍数A双端输出差模微变等效电路d两管集电极间没有接负载RLu差动放大器在输入差模信号时的电压增益称为差模电压增益：Ad uid式中：u是在u作用下的输出电压。(左图为微变等效电路)odid.u u - u 2u u u-Pi RPR .A = o& = = 吐=cl =b_C = C = Ad u uu u u i (r + R ) r + R dlidid2 冬 用ilb be Bbe B2 2式中：表示单管共射放大器的增益，又称为半电路增益。（从Ad的表达式可以看到，
13、差动放大器双端输出时的电压增益等于半电路增益。可以认为：差动放大器是以牺牲+叫a+一个管子的增益为代价，换取了低漂移的结果。差动放大器具有差动放大作用。当两管集电极间接有负载Rl时，对于差动信号而言，Rl中点电位 为0。差模放大倍数为:u u u2uA = d u u u u idid2 $2-R式中：R = R / lLC2uu ui1RPi (R / L)b C 2i (r + R )b be Bp RLr + Rbe B双端输出差模微变等效电路（3）双端输入的差动放大电路的输入电阻Rd和输出电阻 Ro 输入电阻R :从两个输入端看进去的等效电阻即为输入电阻R，则有: ididR 二 2(
14、r + R )idbe B输出电阻R :从两个输出端看进去的等效电阻即为输入电阻R，则有:ooR 二 2 RoC2、双端输入、单端输出的差动放大电路 （如图4-5 所示）1）差模输入u输入一对差模信号：u =-u =卡id1id 22由于电路参数对称，J V2所产生的电流的变化大小相等、方向相反，即:：b 2, 1= 2,则有：uc1-。由于单端输出，则输出电压为：u（对差模信号而言，在交流分析时,R可视为短路。）E差模电压放大倍数Adu u od d d u u id idu -Pi(R /R )= b CL-2u2i (r + R )i1b be Bp RL2(r + R )be B+O叭-臣u式中：R = R /RL C L结论：双端输入、
