差分放大电路.ppt

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1、6.1 概述概述6.2 差分放大电路的静态计算差分放大电路的静态计算6.3 差分放大电路的动态计算差分放大电路的动态计算6.1 概 述 6.1.1 6.1.1 差分放大电路的组成差分放大电路的组成 6.1.2 6.1.2 差分放大电路的输入和差分放大电路的输入和 输出方式输出方式 6.1.3 6.1.3 差模信号和共模信号差模信号和共模信号6.1.1 6.1.1 差分放大电路的组成差分放大电路的组成 差差分分放放大大电电路路是是由由对对称称的的两两个个基基本本放放大大电电路路，通通过过射射极极公公共共电电阻阻耦耦合合构构成成的的。如如图图06.0106.01所所示示。对对称称的的含含义义是是两

2、两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。个三极管的特性一致，电路参数对应相等。图图06.0106.01差分放大电路差分放大电路即：即：1=2=VBE1=VBE2=VBE rbe1=rbe2=rbe ICBO1=ICBO2=ICBO RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb6.1.2 差分放大电路的 输入和输出方式 差分放大电路一般有两个输入端：差分放大电路一般有两个输入端：同相输入端，同相输入端，反相输入端。反相输入端。差差分分放放大大电电路路可可以以有有两两个个输输出出端端，一一个个是集电极是集电极C1，另一个是集电极，另一个是集电极C2。从从C1 和和C2输输出出称称为为双双端端输输出出

3、，仅仅从从集集电电极极 C1或或C2 对地输出称为对地输出称为单端输出单端输出。根据规定的正方向，在一个根据规定的正方向，在一个输入端加上一定极性的信号，如输入端加上一定极性的信号，如果所得到的输出信号极性与其相果所得到的输出信号极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。同，则该输入端称为同相输入端。反之，如果所得到的输出反之，如果所得到的输出信号的极性与其相反，则该输信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。入端称为反相输入端。信信号号的的输输入入方方式式：若若信信号号同同时时加加到到同同相相输输入入端端和和反反相相输输入入端端，称称为为双双端端输输入入；若若信信号号仅从一个输入端仅从一个

4、输入端对地加入，称为对地加入，称为单端输入。单端输入。图图06.02共模信号和差模信号示意图共模信号和差模信号示意图6.1.3 差模信号和共模信号 差差分分放放大大电电路路仅仅对对差差模模信信号号具具有有放放大大能能力力，对对共模信号不予放大。共模信号不予放大。温温度度对对三三极极管管电电流流的的影影响响相相当当于于加加入入了了共共模模信信号号。差差分分放放大大电电路路是是模模拟拟集集成成运运算算放放大大器器输输入入级级所所采用的电路形式。采用的电路形式。差模信号差模信号 共模信号共模信号 是指在两个是指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相反相等，极性相反的信号。的信号。是指在两个是

5、指在两个输入端加上幅度输入端加上幅度相等，极性相同相等，极性相同的信号。的信号。图图06.03双电源差分放大电路双电源差分放大电路6.2 差分放大电路的静态计算 差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端基本上是零电位，将基本上是零电位，将Re从接地改为接负电源从接地改为接负电源VEE。由由IB的计算式可知，的计算式可知，Re对对一半差分电路而言，只有一半差分电路而言，只有2 Re 才能获得相同的电压降。才能获得相同的电压降。如图如图06.03所示。由于

6、接入负电源，所示。由于接入负电源，所以偏置电阻所以偏置电阻Rb可以取消，改为可以取消，改为VEE和和Re提供基极偏置电流。提供基极偏置电流。基极电流为基极电流为:(动画动画6-1)6.3 差分放大电路的动态计算6.3.1差模状态动态计算 6.3.2共模状态动态计算6.3.3恒流源差分放大电路 6.3.1 差模状态动态计算差模状态动态计算 差分放大电路的差模工作状态分为四种差分放大电路的差模工作状态分为四种:1.双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双双-双双）2.双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双双-单单）3.单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单单-双双）4.单端输入、单端输出

7、（单端输入、单端输出（单单-单单）主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：差模电压放大倍数差模电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻图图06.04双端输入双端输出双端输入双端输出(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Avd 双双端端输输入入差差放放电电路路如如图图06.0406.04所所示示。负负载载电电阻阻接接在在两两集集电电极极之之间间。vi 接接在在两两输输入入端端之之间间，也也可可看看成成 vi/2各接在两输入端与地之间。各接在两输入端与地之间。这种方式适用于这种方式适用于双端输入和双端输出，双端输入和双端输出，输入、输出均不接地输入、输出均不接地的情况。的情况。双

8、端输入双端输出差模电压放大倍数双端输入双端输出差模电压放大倍数 差动放大器双入差动放大器双入 双出微变等效电路双出微变等效电路(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Avd双端输入单端输出差模电压放大倍数双端输入单端输出差模电压放大倍数 这种方式适用于将这种方式适用于将差分信号转换为单端输差分信号转换为单端输出的信号。出的信号。双端输入单端输出因只利双端输入单端输出因只利用了一个集电极输出的变化量，用了一个集电极输出的变化量，所以它的差模电压放大倍数是所以它的差模电压放大倍数是双端输出的二分之一。双端输出的二分之一。图图06.05双端输入单端输出双端输入单端输出 单端输入双端输出差模电压放

9、大倍数单端输入双端输出差模电压放大倍数 单单端端输输入入信信号号可可以以转转换换为为双双端端输输入入，其其转转换换过过程程见见图图06.06。右右侧侧的的Rs+rbe归归算算到到发发射射极极回回路路的的值值(Rs+rbe)/(1+)Re，故故 Re 对对 Ie 分分流流极极小小，可可忽忽略，于是有略，于是有:这这种种方方式式用用于于将将单单端端信信号号转转换换成成双双端端差差分分信信号号,可可用用于于输出负载不接地的情况。输出负载不接地的情况。图图06.06 单端输入转换单端输入转换为双端输入为双端输入vi1=vi2 =vi/2单端输入单端输出单端输入单端输出 通通过过从从 T1 或或 T2

10、的的集集电电极极输输出出，可可以以得得到到输输出出与与输输入入之之间间或或电电位位反反相相或或电电位位同同相相的的关关系系。从从T1的的基基极极输输入入信信号号，从从C1 输输出出，为为反相；从反相；从C2 输出为同相。输出为同相。(2)(2)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。(3)(3)输出电阻输出电阻 输出电阻在输出电阻在 单端输出时，单端输出时，双端输出时，双端输出时，6.3.2 6.3.2 共模状态动态计算共模状态动态计算 如如果果输输入入信信号号极极性性相相同同，

11、幅幅度度也也相相同同则则是是纯纯共共模模信信号号。如如果果极极性性相相同同，但但幅幅度度不不等等，则则可可以以认认为为既既包包含含共共模模信信号号，又又包包含含差差模模信信号号，应应分分开开加加以以计计算，如图算，如图06.07所示。所示。例例如如温温漂漂信信号号属属共共模模信信号号，它它对对差差分分放放大大电电路路中中Ic1和和Ic2的影响相同。的影响相同。图图06.07共模差模信共模差模信 号混合的情况号混合的情况 计计算算共共模模放放大大倍倍数数Avc的的微微变变等等效效电电路路，如如图图06.08 所所示示。其其中中Re用用2Re等等效效，这这与与差差模模时时不不同同。Avc的的大大小

12、小，取取决决于于差差分分电电路路的的对对称称性性，双双端端输输出出时时可可以以认认为为等等于于零零。单单端输出时为端输出时为:图图06.08 共模微变等效电路共模微变等效电路(1)(1)共模放大倍数共模放大倍数A Av vc c(2)(2)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重是差分放大器的一个重要指标。要指标。，或 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比输出时共模抑制比(动画6-2)6.3.3 恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路 为为了了提提高高共共模模抑抑制制比比应应加加大大Re。但但Re加加大大后后，为为

13、保保证证工工作作点点不不变变，必必须须提提高高负负电电源源，这这是是不不经经济济的的。为为此此可可用用恒流源恒流源T3来代替来代替Re。恒流源电流数值为恒流源电流数值为IE=(VZ-VBE3)/Re 图图06.09恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路 恒恒流流源源动动态态电电阻阻大大，可可提提高高共共模模抑抑制制比比。同同时时恒恒流流源源的的管管压压降降只只有有几几伏伏，可可不不必必提提高高负负电电源源之之值值。这这种种电电路路称称为为恒恒流流源源差差分分放大电路，电路如图放大电路，电路如图06.09所示。所示。07 07 多级放大电路多级放大电路多多级级放放大大电电路路概概述述7.17.2直

14、接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路7.3多级放大电路电压放大倍数的计算多级放大电路电压放大倍数的计算7.4 变压器耦合的特点变压器耦合的特点多级放大电路的放大倍数多级放大电路的放大倍数7.1.17.1.1耦合形式耦合形式7.1.27.1.2零点漂移零点漂移7.1 多级放大电路概述7.1.1 耦合形式 多多级级放放大大电电路路的的连连接接，产产生生了了单单元元电电路路间间的的级级联联问问题题，即即耦耦合合问问题题。放放大大电电路路的的级级间间耦耦合合必必须须要要保保证证信信号号的的传传输输，且且保保证证各各级级的的静静态态工工作作点点正确。正确。耦合电路采用直接连接或电阻连接，耦合电路采用直

15、接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。不采用电抗性元件。级间采用电容或变压器耦合。级间采用电容或变压器耦合。电抗性元件耦合，只能传输交流信号，电抗性元件耦合，只能传输交流信号，漂移信号和低频信号不能通过。漂移信号和低频信号不能通过。直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。直接耦合直接耦合电抗性元件耦合电抗性元件耦合根据输入信号的根据输入信号的性质性质，就可决定级间耦合电路的形式。，就可决定级间耦合电路的形式。耦合电路的简化形式如耦合电路的简化形式如图图07.0107

16、.01所示。所示。直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，应认真加以解决。影响，应认真加以解决。(a)阻容耦合阻容耦合 (b)直接耦合直接耦合 (c)变压器耦合变压器耦合 图图07.01 耦合电路的形式耦合电路的形式7.1.2 7.1.2 零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移 是是三三极极管管的的工工作作点点随随时时间间而而逐逐渐渐偏偏离离原原有有静静态态值的现象。值的现象。产产生生零零点点漂漂移移的的主主要要原原因因是是温温度度的的影影响响，所所以以有有时时也也用用温温度度漂漂移移或或时时间间漂漂移移来来表表示示。工工作作点点参参数数的变化往往由相应

17、的指标来的变化往往由相应的指标来衡量衡量。一一般般将将在在一一定定时时间间内内，或或一一定定温温度度变变化化范范围围内内的的输输出出级级工工作作点点的的变变化化值值除除以以放放大大倍倍数数，即即将将输输出出级级的的漂漂移移值值归归算算到到输输入入级级来来表表示示的的。例例如如 V/C 或或 V/min。7.1.3 7.1.3 直接耦合放大电路的构成直接耦合放大电路的构成 直直接接耦耦合合或或电电阻阻耦耦合合使使各各放放大大级级的的工工作作点点互互相相影影响响，这这是是构构成成直直接接耦耦合合多多级级放放大大电电路时必须要加以解决的问题。路时必须要加以解决的问题。电位移动直接耦合放大电路电位移动

18、直接耦合放大电路NPN+PNP组合电平移组合电平移动直接耦合放大电路动直接耦合放大电路电流源电平移动放大电路电流源电平移动放大电路(1)(1)(2)(2)(3)(3)电位移动直接耦合放大电路电位移动直接耦合放大电路(1)(1)于是于是 VC1=VB2 VC2=VB2+VCB2VB2（VC1）这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大的发射极要加入较大的发射极电阻，从而无法设置电阻，从而无法设置正确的工作点。这种正确的工作点。这种方式只适用于级数较方式只适用于级数较少的电路。少的电路。如果将基本放大电路去掉耦合电容，前后级直如果将基本放

19、大电路去掉耦合电容，前后级直接连接，如接连接，如图图07.0207.02所示。所示。图07.02 前后级的直接耦合(2)(2)NPN+PNP组合电平移动组合电平移动直接耦合放大电路直接耦合放大电路 级间采用级间采用NPN管和管和PNP管搭配的方式，如管搭配的方式，如图图07.0307.03所示。由于所示。由于NPNNPN管集电极电位高于基极电位，管集电极电位高于基极电位，PNP管集电极电位管集电极电位低于基极电位，它低于基极电位，它们的组合使用可避们的组合使用可避免集电极电位的逐免集电极电位的逐级升高。级升高。图07.03 NPN和PNP管组合电流源电平移动放大电路电流源电平移动放大电路(3)

20、(3)但但电电流流源源交交流流电电阻阻大大，在在R1上上的的信信号号损损失失相相对对较较小小，从从而而保保证证信信号号的的有有效效传传递递。同同时时,输输出出端端的的直直流流电电平平并并不不高高，实实现现了了直直流电平的合理移动。流电平的合理移动。在在模模拟拟集集成成电电路路中中常常采采用用一一种种电电流流源源电电平平移移动动电电路路，如如图图07.0407.04所示。所示。图图07.04 07.04 电流源电平移动电路电流源电平移动电路 电电流流源源在在电电路路中中的的作作用用实实际际上上是是个个有有源源负负载载，其其上上的的直直流压降小，通过流压降小，通过R1上的压降可实现直流电平移动。上

21、的压降可实现直流电平移动。7.2 7.2 多级放大电路电压放大倍数的计算多级放大电路电压放大倍数的计算 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。时有两种处理方法。输入电阻法输入电阻法开路电压法开路电压法 一一是是将将后后一一级级的的输输入入电电阻阻作作为为前前一一级级的的负负载载考考虑虑，即即将将第第二二级级的的输输入入电电阻阻与第一级集电极负载电阻并联。与第一级集电极负载电阻并联。二是将后一级与前一级开路，计算前二是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考

22、虑，共同作用将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端。到后一级的输入端。图图07.05 07.05 两级放大电路计算例两级放大电路计算例 现现以以图图07.0307.03的的两两级级放放大大电电路路为为例例加加以以说说明明，有有关关参参数数示示 于于 图图 07.0507.05中中。三三 极极 管管 的的 参参 数数 为为 1=2=100，VBE1=VBE2=0.7=0.7 V。计计算算总总电电压压放放大大倍倍数数。分分别别用用输输入入电电阻阻法和开路电压法计算。法和开路电压法计算。7.2.17.2.1用输入电阻法求电压增益用输入电阻法求电压增益（1 1）求静态工作点）求静态工作点

23、（2 2）求电压放大倍数）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻先计算三极管的输入电阻电压增益电压增益 如如果果求求从从VS算算起起的的电电压压增增益益，需需计计算算第第一一级的输入电阻级的输入电阻Ri1=rbe1/Rb1/Rb2=3.1/51/20 =3.1/14.4=2.55 k7.2.27.2.2用开路电压法求电压增益用开路电压法求电压增益 第一级的开路电压增益第一级的开路电压增益 第二级的电压增益第二级的电压增益 第一级的输出电阻第一级的输出电阻 总电压增益总电压增益7.3 7.3 变压器耦合的特点变压器耦合的特点 采采用用变变压压器器耦耦合合也也可可以以隔隔除除直直流流，传传递递一一定

24、定频频率率的的交交流流信信号号，因因此此各各放放大大级级的的Q互互相相独独立立。变变压压器器耦耦合合的的优优点点是是可可以以实实现现输输出出级级与与负负载载的的阻阻抗抗匹匹配配，以以获获得得有有效效的的功功率率传传输输。变压器耦合阻抗匹配的原理见变压器耦合阻抗匹配的原理见图图07.06(a)07.06(a)。在理想条件下，变压器原副边的安匝数相等，即在理想条件下，变压器原副边的安匝数相等，即 I1 N1=I2 N2 I2=（I1 N1/N2）=I1(V1/V2)=(V2/RL)(V1/R1)(V1/V2)=(V2/RL)(N1/N2)2=R1/RL n2=R1/RL 可以通过调整匝比可以通过调整匝比n来使来使原、副端阻抗匹配。原、副端阻抗匹配。07.06(a)变压器的阻抗匹配变压器的阻抗匹配 当当变变压压器器的的原原端端作作为为谐谐振振回回路路使使用用时时，为为了了使使较较小小的的三三极极管管输输出出电电阻阻不不影影响响谐谐振振回回路路的的Q值值，在在原原端端采采用用抽抽头头的的方方式式以以实实现现匹匹配配。此此时时将将V1 1接接在在a a b b之之间间就就可可以以减减轻轻三三极极管管对对Q值值的的影影响响。如如图图07.06(b)07.06(b)所示；本电路可实现选频放大功能。所示；本电路可实现选频放大功能。图图07.06(b)变压器的阻抗匹配变压器的阻抗匹配