第四章差动放大电路精选PPT.ppt

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1、第四章差动放大电路第1页，此课件共48页哦差动（分）放大电路第2页，此课件共48页哦直接耦合电路直接耦合电路因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻容因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。耦合只适用于放大频率较高的交流信号。对于直流信号和低频信号，阻容耦合已不适用，必须采用直对于直流信号和低频信号，阻容耦合已不适用，必须采用直接耦合方式。接耦合方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2能够放大直流信号（包括慢变信号和低频信号）的放大器能够放大直流信号（包括慢变信号和低频信号）的放大器称为直流放大器。称为直流放大器。建立静态工作点建立静态工作点

2、第3页，此课件共48页哦+UCCuoRC2T21.前后级前后级Q点相互影响。（须增加点相互影响。（须增加RE2）问题问题:uiRC1R1T1R2RE22.零点漂移零点漂移:前一级的温漂将作为后一级的输入信前一级的温漂将作为后一级的输入信号，被一级级放大，导致后级饱和或截止。（号，被一级级放大，导致后级饱和或截止。（须增须增加两级之间的直流负反馈）加两级之间的直流负反馈）直接耦合放大器的级联直接耦合放大器的级联第4页，此课件共48页哦直耦放大电路的特殊问题直耦放大电路的特殊问题零点漂移零点漂移零漂现象零漂现象：产生零漂的原因产生零漂的原因：零漂的衡量方法：零漂的衡量方法：由由温温度度变变化化引引

3、起起的的。当当温温度度变变化化使使第第一一级级放放大大器器的的静静态态工工作作点点发发生生微微小小变变化化时时，这这种种变变化化量量会会被被后后面面的的电电路路逐逐级级放放大大，最最终终在在输输出出端端产产生生较较大大的的电电压压漂移。因而零点漂移也叫漂移。因而零点漂移也叫温漂温漂。输输入入ui=0时时，输输出出有有缓缓慢慢变变化的电压产生。化的电压产生。将将输输出出漂漂移移电电压压按按电电压压增增益益折折算算到到输输入入端端计算。计算。第5页，此课件共48页哦例如例如 若若输输出出有有1 V的的漂漂移移电压电压。则等效输入有则等效输入有100 uV的漂移电压的漂移电压假设假设第一级是关键第一

4、级是关键3.减小零漂的措施减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路采用差动放大电路等效等效 100 uV漂移漂移 1 V第6页，此课件共48页哦1.结构结构:对称性结构对称性结构2.9.2基本型差动放大器基本型差动放大器+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uo=uC1-uC2 uC1uC2第7页，此课件共48页哦2.优点：抑制温漂优点：抑制温漂 原理如下原理如下:uo=uC1-uC2 =0uo=(uC1+uC1 )-(uC2+uC2)=0当当ui1=ui2 =0 时，时，当温度变化时：当温度变化时：对称性对称性uC1=uC2 uC1

5、=uC2+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uC1uC2第8页，此课件共48页哦3.共模电压放大倍数共模电压放大倍数ACuo=uC1-uC2+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uC1uC2 当当ui1=ui2（大小相等，极性相同），（大小相等，极性相同），共模输入信号共模输入信号 设设ui1 ，ui2 ，使，使uC1 ，uC2 。因。因ui1=ui2，uC1=uC2 uo=0(理想化理想化)。但因两侧不完全对称，。但因两侧不完全对称，uo 0共模电压放大倍数共模电压放大倍数 AC=uoui1（很小，（很小，1)设设ui1 ,ui2 ,使使uC1

6、,uC2 。设。设uC1=uC1-uC1,uC2=uC2+uC2。因因ui1=-ui2，uC1=uC2 uo=uC1-uC2=-uC1-uC2=-2 uC1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 Ad=uoui1-ui2=uo2ui1 第10页，此课件共48页哦5.共模抑制比共模抑制比(CMRR)的定义的定义CMRR=20 log db(分贝分贝)ACAd例例:Ad=-200 Ac=0.1 CMRR=20 log (-200)/0.1=66 dbCMRR Common Mode Rejection Ratio 由于电路不可能做到完全对称,故差放电路对共模输入仍会有一定的输出,为了衡量差动放大电路对

7、共模信号的抑制能力,厂家给出了一个参数,叫共模抑制比第11页，此课件共48页哦电路结构特点:对称有两种输出方式单端输出(对地)双端输出(浮地)显然，若是单端输出差动放大电路对共模信号就无抑制作用。+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uC1uC2第12页，此课件共48页哦有时差动放大电路的输出方式要求我们必须采用单端输出如何让我们在采用单端输出方式时，仍对共模信号有很好的抑制作用单端输出时，对共模信号的放大倍数小对差模信号的放大倍数大第13页，此课件共48页哦1.结构结构:2.9.3 双电源长尾式差放双电源长尾式差放特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻R RE E加入负电

8、源加入负电源-U-UEE EE，采用正负双电源供电（补偿，采用正负双电源供电（补偿ReRe直直流压降）流压降）+UCC(+15V)RCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uo=uC1-uC2 uC1uC2-UEE（-15V）RE此时基极电流由VEE负电源提供，可以省略电阻R1第14页，此课件共48页哦双电源的作用：双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源由负电源-UEE提供，可以取消提供，可以取消R1和和RB四个电阻，四个电阻，且使基极的直流静态电位且使基极的直流静态电位=0ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2REUEEu

9、o第15页，此课件共48页哦ui2ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2REUEEuo长尾式差动长尾式差动放大电路放大电路为什么要接负电源,接地行不行?不要这个电阻行不行/这点电位如何分析第16页，此课件共48页哦为了使左右平衡，可为了使左右平衡，可设置调零电位器设置调零电位器:实际的双电源长尾式差放实际的双电源长尾式差放特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻RE；加入负电源；加入负电源-UEE，采用，采用正负双电源供电。正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE第17页，此课件共48页哦双电源的作用：双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。）使信号变化幅

10、度加大。（2）IB1、IB2由负电源由负电源-UEE提供。提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE第18页，此课件共48页哦二、二、静态分析静态分析 温度温度TICIE =2ICUEUBEIBIC1.RE的作用的作用 设设ui1=ui2=0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态工作点。态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE第19页，此课件共48页哦2.Q点的计算点的计算直流通路直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=

11、IC=IB UC1=UC2=UCCICRC UE1=UE2=IBRBUBE UCE1=UCE2=UC1UE1分析直流信号的时候，交流信号置零（接地）。第20页，此课件共48页哦三、三、动态分析动态分析1.输入信号分类输入信号分类(1)差模差模(differential mode)输入输入ui1=-ui2=ud(2)共模共模(common mode)输入输入ui1=ui2=uC差模电压差模电压放大倍数放大倍数:共模电压共模电压放大倍数放大倍数:第21页，此课件共48页哦任意输入的信号任意输入的信号:ui1,ui2，都可分解成差模分量和，都可分解成差模分量和共模分量。共模分量。注意：注意：ui1=

12、uC+ud ；ui2=uC-ud例例:ui1=20 mV,ui2=10 mV则：则：ud=5mV,uc=15mV 差模分量差模分量:共模分量共模分量:第22页，此课件共48页哦 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输入、双端输出（双入双出）双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、单端输入、双端输出（单入双出）双端输出（单入双出）4.单端输入、单端输出（单入单出）单端输入、单端输出（单入单出）通过发射极电阻Re的耦合总可以将单端输入转化为双端输入。所以只需按照单端输出与双端输出两种形式来考虑差动

13、放大器的放大功能。第23页，此课件共48页哦(一一)差模输入差模输入均压器均压器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEE第24页，此课件共48页哦RE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1,ic1ib2 ,ic2ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0uRE =0RE对差模信号不起作用对差模信号不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE第25页，此课件共48页哦差模信号通路差模信号通路T1单边微变等单边微变等效电路效电路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBi

14、b2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第26页，此课件共48页哦1.放大倍数放大倍数单边差模放大倍数单边差模放大倍数:uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1第27页，此课件共48页哦若差动电路带负载若差动电路带负载RL(接在接在 C1 与与 C2 之间之间),对于差动信对于差动信号而言，号而言，RL中点电位为中点电位为 0,所以放大倍数：所以放大倍数：即：总的差动电压即：总的差动电压放大倍数为：放大倍数为：差模电压放大倍数差模电压放大倍数:RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第28页，此课件共48页哦ro=2RC ri

15、 ri ro输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：2.输入输出电阻输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考题：思考题：电路去掉电路去掉RB能正常工作吗？能正常工作吗？RB的作用的作用是什么？是什么？第29页，此课件共48页哦(二二)共模输入共模输入RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使的负反馈作用，使IE基本不变）基本不变）。uC ic1、ic2 iRE、uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iRE

16、uRE第30页，此课件共48页哦共模信号通路共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RE第31页，此课件共48页哦T1单边微变等效电路单边微变等效电路RCRB2REic1uc1uc2ib1 ib1ie1rbe1第32页，此课件共48页哦KCMRR AC 0问题：问题：负载影响共模放大倍数吗？负载影响共模放大倍数吗？不影响！不影响！双端输出时，共模放大倍数为零第33页，此课件共48页哦 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双入双出双入双出）2.双端输入、单端输出（双端输

17、入、单端输出（双入单出双入单出）3.单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单入双出单入双出）4.单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单入单出单入单出）通过发射极电阻Re的耦合总可以将单端输入转化为双端输入。所以只需按照单端输出与双端输出两种形式来考虑差动放大器的放大功能。第34页，此课件共48页哦(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结 双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还

18、是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：第35页，此课件共48页哦实际的双电源长尾式差放实际的双电源长尾式差放uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE第36页，此课件共48页哦射极电阻射极电阻RE的作用：的作用：（2）RE对共模信号有抑制作用对共模信号有抑制作用（3）RE对差模信号相当于短路对差模信号相当于短路ui1=-ui2，设设ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 =-ie2 IE不变不变（1）直流负反馈，稳定静态工作点）直流负反馈，稳定静态工作点T C IC1

19、 IC2 IE =IC1+IC2UE =IERE+（-UEE）UBE1 、UBE2 IB1 、IB2 IC1 IC2 第37页，此课件共48页哦ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2ui2REUEEuo第38页，此课件共48页哦ud1+UCCRC1T1RB1REUEEuo1对差模信号的单边等效电路第39页，此课件共48页哦Uc1+UCCRC1T1RB12REUEE对共模信号的单边等效电路第40页，此课件共48页哦射极电阻RE的作用稳定静态工作点抑制共模信号Re是不是越大越好稳定静态工作点时RE的值要适中抑制共模信号时RE越大越好直流通道中的RE大小适中交流通道中的Re越大越好第41页，

20、此课件共48页哦用恒流源来代替电阻ReIB3iCUIC3Q U特点直流时电阻小交流时电阻大什么元件可以做横流源三极管受控电流源IB确定IC恒定第42页，此课件共48页哦RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC2.9.4 恒流源式差放电路恒流源式差放电路电路结构电路结构:IC3R2T3R1R3-UEE第43页，此课件共48页哦 rce3 1M 恒流源恒流源T3:放大区放大区RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3Q UCE3静态分析：静态分析：主要分析主要分析T

21、3管。管。VB3VE3 IE3 IC3第44页，此课件共48页哦恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源使共模放大倍数减小，从而增加共恒流源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模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。恒流源的作用恒流源的作用等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。第45页，此课件共48页哦要放大缓慢变化的信号前面几个电路能不能用?为什么?如何办?温飘零点飘移直接藕合隔直问题?第46

22、页，此课件共48页哦(4-9)共模抑制比共模抑制比(CMRR)的定义的定义例例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dBCMRR Common Mode Rejection RatioKCMRR=KCMRR(dB)=(分贝分贝)cdAAcdAAlog20(双端输出)第47页，此课件共48页哦ui1+UCCRC1T1RB1RC2T2RB2UEEuo由两个晶体管组成的无射极电阻由两个晶体管组成的无射极电阻Re的简单差分电路，在单端输的简单差分电路，在单端输出时将：（出时将：（）a a）不能抑止零点漂移不能抑止零点漂移b b）能很好的抑止零点漂移）能很好的抑止零点漂移c c）能抑止零点漂移，但是效果不好）能抑止零点漂移，但是效果不好a第48页，此课件共48页哦