第4章放大器基础-2-5

4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应1差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集成电路的输入级，是另一类基本放大器。4.4差分放大器4.4.1电路结构由两完全对称的共发电路，经射极电阻REE耦合而成。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL采用正负双电源供电：VCC=|VEE|。具有两种输出方式：双端输出、单端输出。4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应2T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL由于电路采用正负双电源供电，则VBQ1=VBQ2=0估算电路Q点T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令vi1=vi2=0，画出电路直流通路。，2EECQ2CQ1III，EEEEBE(on)EERVVI因此CCQ1CCCQ2CQ1RIVVVCEQ1CEQ2CCCQ1CBE(on)CEQ1CEQ2CCEECQ1CEEEEVVVIRVVVVVIRIRRL4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应3差模信号和共模信号4.4.2电路性能特点差模信号：指大小相等、极性相反的信号。表示为vi1=vi2=vid/2差模输入电压vid=vi1vi2共模信号：指大小相等、极性相同的信号。表示为vi1=vi2=vic共模输入电压vic=(vi1+vi2)/2任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模信号之代数和。vi1=vic+vid/2vi2=vicvid/2即差分放大器的性能包括差模和共模性能和。4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应4差放半电路分析法因电路两边完全对称，因此差放分析的关键，就是如何在差模输入与共模输入时，分别画出半电路交流通路。在此基础上分析电路各项性能指标。分析步骤：差模分析画半电路差模交流通路计算Avd、Rid、Rod。共模分析画半电路共模交流通路计算Avc、KCMR、Ric。根据需要计算输出电压双端输出：计算vo。单端输出：计算vo1、vo2。4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应5差模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL双端输出电路REE对差模视为短路。iC2=ICQ-iciC1=ICQ+ic因iEE=iC1+iC2=2ICQ(不变)故RL中点视为交流地电位，即每管负载为RL/2。直流电源短路接地。1)半电路差模交流通路注意：关键在于对公共器件的处理。RC+-vod1+-vid1RL2T1半电路差模交流通路4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应62)差模性能指标分析iididivR差模输入电阻eb1i22rRiid2id1ivviid12iv差模输出电阻C1ood22RRR差模电压增益idoddvvAvid2id1od2od1vvvvid1od122vv1vAebLC)2//(rRR注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有得到提高。半电路差模交流通路RC+-vod1+-vid1RL2T1ii4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应7单端输出电路与双端输出电路的区别：仅在于对RL的处理上。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLiididivReb1i22rR不变C1o1odRRRidod1d1vvAvid1od12vv21vAebLC)//(21rRR减小减小d2vARC+-vod1=vod+-vid1RLT1ii半电路差模交流通路4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应8共模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL双端输出电路每管发射极接2REE。iC2=ICQ+iciC1=ICQ+ic因iEE=iC1+iC2=2ICQ+2ic则RL对共模视为开路。直流电源短路接地。1)半电路共模交流通路因此REE上的共模电压：2iCREE因此流过RL的共模电流为0。半电路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应92)共模性能指标分析iicicivR共模输入电阻1iRiic1iv共模输出电阻共模电压增益ocicvcvAvicoc2oc1vvv0电路特点)1(2EEebRr双出无意义双端输出电路利用对称性抑制共模信号。利用对称性抑制共模信号(温漂)原理：CQ2CQ1IIT0)(CQ2CQ1OVVV)(CCQ1CCCQ2CQ1RIVVV半电路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REEicbeEE1[2(1)]2RrR4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应10单端输出电路T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL与双端输出电路的区别：仅在于对RL的处理上。iicicivR1iR)1(2EEebRr不变，同上C1o1ocRRRicocc1vvAv1vAEELEEebLC2)1(2)//(RRRrRRc2vA半电路共模交流通路RC+-voc1=voc+-vic1=vicT12REERL4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应11单端输出电路特点单端输出电路利用REE的负反馈作用抑制共模信号。利用REE抑制共模信号（温漂）原理：CQITEQVBQI)(EQBQBEQVVVT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLCQI一般射极电阻REE取值较大EELc12RRAv因此很小。结论无论电路采用何种输出方式，差放都具有放大差模信号、抑制共模信号的能力。4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应12差放性能指标归纳总结Rid与电路输入、输出方式无关。Rod仅与电路输出方式有关。Avd仅与电路输出方式有关。Avc仅与电路输出方式有关。eb1id22rRRi双端输出，22C1oodRRR单端输出C1ood1RRR双端输出，ebL1drRAAvv单端输出，2ebLd2d1rRAAvv双端输出0icocvvAvc单端输出1icoc1c2c1vvvAvvAAEEL2RRLd1d2be2vvRAAr其中LCL//RRR其中4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应13共模抑制比KCMR是用来衡量差分放大器对共模信号抑制能力的一项重要指标，其值越大越好。定义cdCMRvvAAKcdCMRvvAAK双端输出电路单端输出电路c1d1CMRvvAAKEEmebEERgrR提高IEE(即增大gm)、增大REE提高KCMR???P1824.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应14普通差放存在的问题：???P182采用恒流源的差分放大器REEKCMR抑制零点漂移能力但IEEQ点降低输出动态范围T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T333BE(on)EE212EE)(RVVRRRIebid2rRCod2RRebCd22rRAvo3C2c2RRAv)//1(21e3b333ce3o3RRrRRrR其中2/EE2CQ1CQIIIo3mCMRRgK很大4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应15双端输出时单端输出时任意输入时，输出信号的计算idd2o1oovAvvvvi2i1idvvv其中idd1icc1od1oc11ovAvAvvvvvidd2icc2od2oc22ovAvAvvvvv其中i2i1idvvv2i2i1icvvvebLCd)2//(rRRAvebLCd2d12)//(rRRAAvvc2c1vvAAEELC2//RRR4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应16例：图示电路，已知=100，vi=20sint(mV)，求vo。解：(1)分析Q点mA25.02/EECQ2CQ1IIImA5.0/)(EEEEBE(on)EERVVI(2)分析Avd2、Avc2252)//(ebLCd2rRRAvCLc2EE//0.112vRRAR由于k4.1026)1(1CQebIr则(3)计算voii2i1idvvvv2/2/)(ii2i1icvvvv由于则(mV)sin479idd2icc2o2otvAvAvvvvT1VCCREEvivoVEERCRCT2RL22.6k10k10k(12V)(-12V)4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应174.4.3电路两边不对称对性能的影响实际差分放大器，电路不可能做到完全对称：双端输出时的KCMRT1、T2两管集电极电阻RC不相等或T1、T2两管的及VBE(on)不对称例如产生运算误差理想情况od2od1vv实际情况2/d)o(dc)o(dod1vvv2/d)o(dc)o(dod2vvvoc2oc1vvcdCMR/vvAAK2/d)o(cc)o(coc1vvv2/d)o(cc)o(coc2vvv由于od1oc11ovvvod2oc22ovvvicd)c(idd)d(d)c(od)d(o2o1oovAvAvvvvvvv则d)c(d)d(CMR/vvAAK因此4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应18不对称性较微小时，认为：用半电路分析法求得.v(d-d)vdv(c-d),AAAC1EE2oicRvvRCC2EE2oicRRvvR例：两管直流负载电阻分别为RC和RC+△RC，试求Av(c-d)故12CCCC()EEEECC22oovcdvcicvvRRRRAAvRRRR其中Avc是单端输出时共模电压增益。4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应19由两管参数不对称(如VBE(on)、IS、RC不等)引起失调。失调及其温漂输入失调电压VIOT1T2实际差放+-VO0零输入时等效为理想差放+-VOVIO+-从等效的观点看：VIO就是使VO=0时，在实际差放输入端所加的补偿电压。dOIO/vAVV失调电压VIO产生原因：4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础4.7放大器的频率响应20两管不等，造成ICQ1