差分放大电路详解ppt课件.ppt

第十一讲 直接耦合放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进 在实际应用中，许多信号是变化缓慢的物理量，在实际应用中，许多信号是变化缓慢的物理量，需要对其放大后才能驱动负载。由于是低频信号，需要对其放大后才能驱动负载。由于是低频信号，所以采用直接耦合放大电路。所以采用直接耦合放大电路。直接耦合放大电路直接耦合放大电路在实际电路中，直接耦合放大电路多采用在实际电路中，直接耦合放大电路多采用差分放大电路差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因1 1、什么是零点漂移现象：、什么是零点漂移现象：u uI I0 0，u uO O00的现象。的现象。零点漂移现象：零点漂移现象：输入电压输入电压u ui i为为0,0,而输出电压而输出电压u uo o不为不为0 0并且并且缓慢变化的现象缓慢变化的现象产生原因：温度变化，直流电源波动，器件老化。产生原因：温度变化，直流电源波动，器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂称零漂为温漂。一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路典型电路：差分放大电路在阻容耦合放大电路中，前一级在阻容耦合放大电路中，前一级uouo的缓慢变化的的缓慢变化的漂移电压都降落在耦合电容之上，不会传入下一漂移电压都降落在耦合电容之上，不会传入下一级放大电路。级放大电路。在直接耦合放大电路中，这种漂移电压和有用信在直接耦合放大电路中，这种漂移电压和有用信号一起送到下一级被放大，导致电路不能正常工号一起送到下一级被放大，导致电路不能正常工作需要采取措施，抑制温度漂移作需要采取措施，抑制温度漂移二、差分放大电路的组成二、差分放大电路的组成零点零点漂移漂移是直接耦合放大电路基本单元电路是直接耦合放大电路基本单元电路在典型工作点稳定电路中，温在典型工作点稳定电路中，温度变化时度变化时I ICQCQ总是有微小变化，总是有微小变化，导致输出电压导致输出电压u uo o的微小变化，的微小变化，所以也存在稳漂问题所以也存在稳漂问题零输入零输入零输出零输出若若V与与UC的的变化一样，变化一样，则输出电压则输出电压就没有漂移就没有漂移如何抑制温漂如何抑制温漂uu改变电压输出端，找到一改变电压输出端，找到一受温度控制的直流电压源受温度控制的直流电压源V V电压值与电压值与U UCQCQ同步变化同步变化当输入信号当输入信号ui=0ui=0时时0uuuo可以抑制温漂可以抑制温漂参数理想对称：参数理想对称：Rb1= Rb1，Rc1= Rc1， Re1= Re1;T1、T2在任何温度下特性均在任何温度下特性均相同。相同。如何实现如何实现 温控电压源温控电压源 V V采用电路参数完全相同，管子采用电路参数完全相同，管子特性完全相同的电路，则两管特性完全相同的电路，则两管子的集电极电位子的集电极电位U UCQ1CQ1和和U UCQ2CQ2同步变同步变化化 能够抑制温漂能够抑制温漂差分放大电路差分放大电路共模信号共模信号U Ui1i1与与U Ui2i2为大小相等，极性相同的输入为大小相等，极性相同的输入信号（共模信号）时，输出电压信号（共模信号）时，输出电压120oCCuuu差分放大电路对共模信号有很好的抑制作用差分放大电路对共模信号有很好的抑制作用差模信号差模信号U Ui1i1与与U Ui2i2为大小相等，极性相反的输入为大小相等，极性相反的输入信号（差模信号）时，输出电压信号（差模信号）时，输出电压121() 2oCCCuuuu 差分放大电路对差模信号能够实现放大差分放大电路对差模信号能够实现放大Re1Re1和和Re2Re2的存在，的存在，降低了电路的电压降低了电路的电压放大能力放大能力改进差分放大电路改进差分放大电路改进后的差分放大电路，在差模信号作用下，流经改进后的差分放大电路，在差模信号作用下，流经ReRe的电流变化为的电流变化为0 0，ReRe对差模信号没有反馈作用，相当对差模信号没有反馈作用，相当于短路，可以提高对差模信号的放大能力于短路，可以提高对差模信号的放大能力克服克服Re1Re1和和Re2Re2对电对电压放大能力的影响压放大能力的影响 对电路进一步简化，并实现信号源和电源的共对电路进一步简化，并实现信号源和电源的共地得到经典的长尾式放大电路地得到经典的长尾式放大电路电路参数理想对称电路参数理想对称在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：1、克服零点漂移；、克服零点漂移；2、零输入零输出。、零输入零输出。三、长尾式差分放大电路的分析 1、 Q点：令点：令uI1= uI2=002CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIEEBQBEQEQebBQEEBEQEQe22bVIRUIRRIVUIR因为小，且很小，所以Rb是必要的吗？是必要的吗？1、 Q点点EEBQBEQEQe2bVIRUIREQBQCEQCCCQcBEQ()1IIUVIRU ，晶体管输入回路方程晶体管输入回路方程：eBEQEEEQ2RUVI通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故2、 抑制共模信号抑制共模信号 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等，极共模信号：数值相等，极性相同的输入信号，即性相同的输入信号，即IcI1I1uuu2、 抑制共模信号抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用0 cIcOccAuuA参数理想对称时共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为 共模信号共模信号对于每一边对于每一边电路，电路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3、 放大差模信号放大差模信号C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。I1I2Id/2uuu差模信号：数值相等，差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，极性相反的输入信号，即即 )(2bebBIdrRiu为什么？为什么？差模信号作用时的动态分析差模信号作用时的动态分析bebLcd)2( rRRRA差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，4、 动态参数：动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。的能力和抑制共模信号的能力。下，在参数理想对称的情况CMRcdCMRKAAK 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“ 接地接地”点，以避免点，以避免干扰；或负载需要有干扰；或负载需要有“ 接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输接法：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。入双端输出、单端输入单端输出。四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法 1、 双端输入单端输出：双端输入单端输出：Q点分析点分析cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但与双端输出时一样。但是是UCEQ1 UCEQ2。1、 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析双端输入单端输出：差模信号作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAcobebi)(2RRrRR，1、 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析双端输入单端输出：共模信号作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRAbebebebCMR)1 (2rRRrRK1、 双端输入单端输出：问题讨论双端输入单端输出：问题讨论bebLcd)( 21rRRRA1、T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？2、什么情况下、什么情况下Ad为为“”？3、双端输出时的、双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，2、单端输入双端输出、单端输入双端输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入： 在输入信号作用下发射极在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？的电位变化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，2、单端输入双端输出、单端输入双端输出OQIcIdO2UuAuAu静态时的值静态时的值差模输出差模输出共模输出共模输出问题讨论：问题讨论：1、UOQ产生的的原因？产生的的原因？2、如何减小共模输出、如何减小共模输出电压？电压？3、四种接法的比较：电路参数理想对称条件下、四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式：输入方式： Ri均为均为2（Rb+rbe）；双端输入时无共模信号）；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模输入。输入，单端输入时有共模输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出：五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路 为什么要采用电流源？为什么要采用电流源？ Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越大，以越大，以至于至于Re太大就不合理了。太大就不合理了。 需在低电源条件下，得到趋于无穷大的需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源！解决方法：采用电流源！五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流1) RW取值应大些？还是小取值应大些？还是小些？些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，写滑动端在中点，写出出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR六、差分放大电路的改进 1、加调零电位器、加调零电位器RWdoidmd2RRRRgA2、场效应管差分放大电路、场效应管差分放大电路讨论一讨论一若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV讨论二讨论二1、uI=10mV，则，则uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO ，uO=?uId=5mV ，uIc=7.5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?