典型差分放大电路.ppt
4.2.1 典型差分放大电路,4.2 集成运放中的基本单元电路,1. 电路组成,(1) 电路特点,a. 电路两边对称。,b. 两管共用发射极电阻RE。,c. 具有两个信号输入端。,d. 信号既可以双端，也可以单端输出。,两个输入端信号电压的差值是有用的，称之为差模输入信号，因而该电路称为差分放大电路。,(2) 信号的输入,(3) 抑制零漂的原理,（T1和T2 特性相同）,(a) 当温度T一定时,( uI1=uI2=0 ),a. 电路双端输出,(b) 当温度增加 时,在双端输出的情况下，漂移为零。,b. 单端输出时,因射极电阻RE的负反馈作用,可以抑制零点漂移,2静态分析,直流通路,因为电路对称，所以,列输入回路方程,由此可得,因,3. 动态分析,(1) 小信号差模特性,差模信号,记为,当 时的输入信号,差模输入时放大电路中的电流,由于,电阻RE上无交流电流，T1、T2发射极虚地。,交流通路,由于,故,1) 差模电压放大倍数,a. 双端输出,b. 单端输出,(a) 输出uO1,(b) 输出uO2,c. RL时,(a) 双端输出,负载电阻RL的中点虚地,由于,等效电路,Aud与单级共射极电路电压放大倍数相同。可见，差分放大电路是用“数量换质量”。,(b) 单端输出,从T1的集电极输出,输出与输入反相,从T2的集电极输出,输出与输入同相,2) 差模输入电阻,a. 单端输出时,求Ro的等效电路,3) 输出电阻Ro,b. 双端输出时,求Ro的等效电路,(2) 小信号共模特性,共模信号,记为,当uIc1=uIc2时的输入信号,1) 共模电压放大倍数,a. 双端输出共模电压,共模电压放大倍数,故,b. 单端输出,交流通路，,电压放大倍数,一般情况,一般情况中,故,差分放大电路对共模信号有抑制作用，RE越大，抑制共模信号的能力越强。,综上所述,单端输出时,双端输出时,2) 共模抑制比,共模抑制比的定义,或者,a. 双端输出,b. 单端输出,因,3) 共模输入电阻,交流通路，,因为,故,4) 输出电阻,双端输出时,单端输出时,(3) 任意输入信号的分解,既不是差模信号又不是共模信号的输入信号,任意信号,令,那么,任意信号可以分解成差模和共模信号两种性质的输入信号,任意输入信号分解示意图,uI10 ，uI2=0,特别的，对于单端输入,即,或,uI1=0 ，uI2 0,单端输入是一种特殊的双端输入形式,(4) 大信号传输特性,线性区,截止、饱和区,截止、饱和区,传输特性,(a) 静态工作点IC、UC之值；,(b) uO及KCMR之值；,(c) 若将RL接在C1对地之间，求UC、uO 及KCMR；,(d) Rid、Ric和Ro之值。,例 电路如图所示。设T1、T2的特性一致，=50，UBE=0.7 V， uIc=1 V， uId =50 mV， 。试求：,解 为了计算简单，设调零电位器RW的滑动端在电位器的中间。,(a) 画出放大电路的直流通路,直流通路,由图可得,由上两式得,因,则有,(b) 根据题意,(c) 当RL在C1对地之间时,经整理可得,(12V),(+12V),IC,UC,c1,c2,IE,IB,IRL,(d)差模输入电阻,共模输入电阻,输出电阻Ro,双端输出时,单端输出时,双端输出,单端输出,对于图示电路,4.2.2 带恒流源的差分放大电路,RE越大，KCMR越大，电路抑制共模信号的能力越强。,a. 当VEE一定，IE减小，rbe增大， Aud减小。,c. 在集成电路中不易制作较大阻值的电阻。,RE太大对电路的影响,b. 为了维持IE不变，必须提高电源电压VEE。,恒流源的主要特点,b. 直流电阻较小,a. 具有很大的交流等效电阻,恒流源,通常采用恒流源来代替RE,当iB恒定，则iC恒定，晶体管相当于一个电流源。,当晶体管工作在放大区时，iC基本上与uCE无关，只取决于iB。,晶体管恒流源,晶体管恒流源工作原理,带恒流源的差分放大电路,恒流源,选择R1和R2使IBQ3恒定， 则IC3恒定。,IC3,1电流镜电路,T1和T2特性相同,(1) 电路组成,(2) 电路特点,(3) 电路分析,设,由于 UBE1= UBE2 = UBE,4.2.3 电流源电路,当2 时,所以 IB1= IB2 = IB,故,T1和T2特性相同,(1) 电路组成,(2) 电路特点,(3) 电路分析,由图可知,2比例电流源电路,由于,故有,3微电流源电路,T1和T2特性相同,(1) 电路组成,(2) 电路特点,(3) 电路分析,由图可知,由,得,故有,例1 已知IR=0.73 mA，IC2=20 mA，求RE=?,例2 在例1中，如果不用微电流源，而采用电流镜，那么在VCC=15 V时，欲获IC2=20 mA, 求R=?,解 已知IC2=20 mA, 则,RVCC/IR=750 kW,IR=20 mA,4电流源作有源负载的差分放大电路,(1) 电路组成,代替RE，为T1、T2 提供合适、稳定的静态工作点,代替RC，称 有源负载,电流镜,比例电流源,因为T5、T6 组成电流镜，所以,a.当ui1=ui2时,(2) 电路分析,忽略T5、T6的基极电流。则有, iC5 iC1, iO= iC6 + iC2,= iC5 iC1,无共模信号输出,输出电流, 0,b.当uI1= uI2时,输出电流, iO= iC6 + iC2,= iC1 + iC2,= 2 iC1,负载上得到了双端输出的电流,用电流镜取代差分放大电路的集电极电阻,以单端输出的电路形式，实现了双端输出的功能。,结论,利用多个晶体管组成复合管，可以得到较大的电流放大系数 值。,4.2.4 复合管电路,四种常见的复合管结构,常见的复合管结构,a. NPN管+NPN管,两个NPN型管可以复合成一个NPN型管,(a) 等效管,由图可知,(b) 复合管的电流放大系数,而,由于,故,复合管的电流放大系数,(c) 复合管的输入电阻rbe,因为,故 复合管的输入电阻,b. PNP管+PNP管,(a) 等效管,两个PNP型管可以复合成一个PNP型管,(b) 复合管的及rbe,c. NPN管+PNP管,(a) 等效管,一个NPN和一个PNP型管可以复合成一个NPN型管,(b) 复合管的 及rbe,d. PNP管+NPN管,(a) 等效管,一个PNP和一个NPN型管可以复合成一个PNP型管,(b) 复合管的及rbe,4.2.5 互补推挽放大电路,1. 电路组成,2. 电路主要特点,(2) 输出电阻小,(3) 动态范围大,(4) 带载能力强,(1) T1、T2参数相同,3. 工作原理,(1) uI=0时,T1、T2截止,uO=0,(2) uI0时,T1导通、T2截止,uO uI,(3) uI0时,T1截止、 T2导通,uO uI,4. 输出动态范围,5. 电路存在的缺陷 交越失真,当输入电压小于发射结死区电压时，输出电压为零。,克服交越失真的方法,给T1、T2的发射结加一定的直流偏置，使其工作在微导通状态。,克服交失真的互补电路,思 考 题,1. 差分放大电路中，单端输出与双端输出在性能上有 何区别？单端输入与双端输入在性能上有何区别？,3. 差分放大电路中为什么要用恒流源代替公共发射极 电阻RE?,2. 差分放大电路中，公共发射极电阻对共模信号有 什么影响？为什么？对差模信号有什么影响？为 什么？,
