33差分放大电路

3.3直接耦合放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因直接耦合放大电路uiuo理想的放大电路输入信号为零时，其输出电压应该恒定不变，即变化量为零。实际的放大电路，当输入电压为零时，输出电压的变化量并不能恒定，而是有一个缓慢的、不规则的随机输出电压，这种现象称为零点漂移.这种输入电压为零而输出电压的变化不为零的现象为零点漂移现象。3.3.1直接耦合放大电路的零点漂移现象二、抑制温度漂移的方法：1）采用直流负反馈稳定静态工作点。3）采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成“差分放大电路”。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。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。2)采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。具体实践：在实践中，两个特性相同的管子采用“差分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。3.3.2差分放大电路一、基本差分放大电路的由来零输入零输出若V与UCQ的变化一样，则输出电压就没有漂移(补偿电源)信号特点？能否放大？零点漂移参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。ICQ会有微小变化若ui1=ui2，uo=?ui1=-ui2，uo=?ui1=ui2，两个输入信号幅值相同，相位相同共模信号电路结构：双端输入（ui1，ui2），双端输出（uo1uo2）ui1=-ui2，两个输入信号幅值相同，相位相反差模信号1.共模信号输入VC1=VC2uo=VC1VC2=0ui1=ui2没有对输入信号进行放大，对共模信号有抑制作用。电路参数的理想对称，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，虽然每个管都产生了零点漂移，但是由于两集电极电位的变化互相抵消，所以输出电压依然为0，零点漂移被完全抑制了。2.差模信号输入ui1=-ui2VC1=-VC2uo=VC1VC2=2VC1对差模信号实现了电压放大。差动放大电路特点：输入端信号之差为0时，输出为0，没有放大；输入端信号之差不为0时，才有输出，进行放大。基本差分放大电路存在的问题:电路难于绝对对称，因此单端输出仍然存在零漂.二、长尾式差动放大电路+VCC+_uoReRbT1+Vccuo1Rc+Re_uo2+VccRbRcT2Re+_ui2VBB-VBB-VEEui1+VCC+_uouo1Rc+RbT1uo2RbRcT2Re_+_ui2-VEE长尾式差分放大电路电阻Re：公共发射极电阻，稳定Q点，共模负反馈电阻。由于IBQ，Rb较小，其上的电压降可忽略不计。Rb1IBQ+UBEQ+2ReIEQ=VEEeRBEQUEEVEQI21EQIBQIRb1上电压降忽略不计，发射极电位UEQ≈-UBEQUCEQ=UCQ-UEQ≈VCC―RCICQ+UBEQ1静态分析令uI1=uI2=0+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui1ui2IBQ2IEQ-UBEQ02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII2.抑制共模信号0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0cIcOccAuuA，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即IcI2I1uuu2.抑制共模信号：Re的共模负反馈作用0cIcOccAuuA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共模信号对于每一边电路，Re=?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。3.放大差模信号C1OC21CC21CB21B2uuuuiiii△iE1=－△iE2，Re中电流不变，即Re对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即流过Re的电流不变，保持直流；因此发射极电位为0”虚地”。E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。Rc2Rb1Rb2Rc1Reui2RL/2ui1(c)交流通路ui1Rb1Rc1RL/2Rb2Rc2RL/2ui2(d)交流通路＋－uId+_uodRb1Rc1ui1RL/20+Rb2Rc2RL/2Rb1Rc1ui1RL/2rbe1βIbui1Rc1RL/2βIbRb2rbe2+-uod(d)交流通路(e)交流等效电路beb)L21//c(=drRRRiuouA)(12berbRBiIdu)2//(12lRcRciodu)r(RRbebi2cRoR2电阻Ｒe不影响差模电压放大倍数！两只管子的电压放大能力相当于单管放大电路，差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂移的效果．差分放大电路4.动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：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。。下，在参数理想对称的情况CMRcdCMRKAAK在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”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。三、差分放大电路的四种接法双端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出；单端输入，双端输出；差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C1，另一个是集电极C2。从C1和C2输出称为双端输出，仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端对地加入，称为单端输入。1双端输入，单端输出电路+VCCRb1Rc1-VEEReui1Rb2Rc2ui2RL与双端输入双端输出电路相比：输入回路一样，IBQ，ICQ不变，UCEQ发生变化。单端输出：负载电阻一端接T1集电极，另一端接地。输出回路不对称，影响了其静态工作点Q和动态参数。“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？ccVlRcRlRccVLRCRcR//CRCQICCVCQU1CRCQICCVCQU21）静态工作点利用戴维南定理进行变换直流通路的：eRBEQUEEVEQI21EQIBQIbeb)L//c(21=drRRRiuouA)(12berbRBiIdu)//(1lRcRciodu)r(RRbebi2cRoR22)输入差模信号动态分析eRberbRlRCRCA)1(2)//(注意:VE电位不是虚地!cAeR增大Re是改善共模抑制比的基本措施!3)输入共模信号动态分析通过从T1或T2的集电极输出，可以得到输出与输入之间或电位反相或电位同相的关系。从T1的基极输入信号，从C1输出，为反相；从C2输出为同相。如果输入信号极性相同，幅度也相同则是纯共模信号。如果极性相同，但幅度不等，则可以认为既包含共模信号，又包含差模信号，应分开加以计算，如图3.3.9,3.3.10所示。bebebebCMR)1(2rRRrRKbeb)L//c(21=drRRRiuouAeRberbRlRCRCA)1(2)//(CMRKcAdA,0,（1）T2的Rc可以短路吗？可以。（2）什么情况下Ad为“＋”？C2输出（3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？不是2单端输入，双端输出电路单端输入：输入端有一端接地.双端输出：从集电极C1C2输出。+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui1ui2_+uoＲL+-在加信号源的一端，将输入信号分解为两个串联的信号源，数值均为ΔuI/2，极性相同;在接地的一端，也等效为两个串联的信号源，数值均为ΔuI/2，极性相反．+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui2_+uoＲL+-+++---uI/2uI/2uI/2uI/2单端输入电路与双端输入电路的区别在于：在差模输入信号输入的同时，伴随着共模信号输入。2/IIcIIduuuu，OQIcIdO2UuAuAu静态时的值差模输出共模输出问题讨论：（1）UOQ产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？3.任意信号的输入输入信号既不是共模也不是差模信号：要把输入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们共同作用在差动电路的输入端。ui1=uic+uidui2=uic-uid221iuiuicu221iuiuidu输入信号分解为差模和共模信号例：已知输入信号ui1=20mv,ui2=10mv，求共模信号uic和差模信号uid.解：uic=(ui1+ui2)/2=15mv例：已知共模信号uic=15mv,差模信号uid=5mv求输入信号ui1和ui2.解:ui1=uic+uid=15+5=20mvui2=uic-uid=15-5=10mvuid=(ui1-ui2)/2=5mv双端输出beLcd)2//(rRRRAbv单端输出beLcd2//rRRRAbv(2)共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：双端输出：单端输出0vcAeLc2'RRAv4.差动放大器动态参数计算总结(1)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：eRberbRlRCRCA)1(2)//((3)差模输入电阻beid2rRRb(4)输出电阻coRRco2RR双端输出单端输出(5)共模抑制比双端输出KCMR=∞单端输出bebeeLbebLCMR2/')(2/'rRRRRrRRK四、恒流源差分放大电路为了提高共模抑制比应加大Re。但Re加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。为此可用恒流源T3来代替Re。恒流源电流数值为恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。这种电路称为恒流源差分放大电路，电路如图3.3.13所示。近似为恒流3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，恒流源的作用:(1)恒流源相当于阻值很大的电阻;(2)恒流源不影响差模放大倍数;(3)恒流源影响共模放大倍数,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穷的电阻,所以共模抑制比是无穷.等效电阻为无穷大计算共模放大倍数Avc的微变等效电路，如下图所示。其中Re用2Re等效，这与差模时不同。Avc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单端输出时为:eLebebLICOC1c2'2)1('=RRRrRRvvAv图共模微变等效电路共模放大倍数Avc五、差分放大电路的改进•1.加调零电位器RW1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。2)1(WbebcdRrRRAWbebi)1()(2RrRRdoidmd2RRRRgA2.场效应管差分放大电路讨论1、uI=10mV，则uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表测uO，uO=?uId=5mV，uIc=7.5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?+VCC-VEERe3RRc2ui_+uo+-+_3.7vT1T2T3例:所示电路参数理想对称,VCC=12V，VEE=6V，RC2=20k，R=1k，晶体管的β均为80，T1管和T2管的发射极静态电流IEQ=0.3mA。试估算