《差分放大器》【教学版】

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华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com模拟电子技术基础电子信息类专业适用每天进步一点点………………华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com第六章:(DifferentialAmplifier)华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com6.1直接耦合要解决的问题6.2基本差分电路6.3长尾式差分电路6.4恒流源式差分电路本章小结第六章:差分放大器华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com第六章:差分放大器重点1.零点漂移及其抑制2.差分放大原理3.恒流源差分电路难点1.差分放大器性能指标的求解2.恒流源电路要求1.熟练掌握基本概念2.掌握差分放大的工作原理3.学会分析差分电路的方法华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com知识点1.共模信号分析2.差模信号分析3.共模抑制比4.差分电路类型知识点1.共模电路分析2.差模电路分析3.共模抑制比4.差分电路四种接法知识点1.恒流源电路2.恒流源差分电路3.静态分析4.动态分析5.改进电路2.长尾式差分电路3.恒流源式差分电路1.基本差分电路第六章:差分放大器华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com一、直流耦合要解决的主要问题uOt0零漂有时会把有用信号淹没1.零点漂移:当ui=0时,uo≠0且无规律的现象,称为零点漂移,简称零漂。由温度引起的零漂称为温漂由元器件老化引起的零漂称为时漂引起直接耦合放大电路零漂的主要因素是温漂零漂华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com一、直流耦合要解决的主要问题零漂的严重性:淹没有用信号。A1=20A2=20A3=20U02=±0.40V±0.02v零漂的衡量:AUUOI很显然:多级放大中第一级的零漂影响最严重!将输出的漂移折合到输入端:U01=±0.02Vui=oU03=±8.00V±0.40v±0.02v华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com一、直流耦合要解决的主要问题抑制零漂的方法:①负反馈法:只能抑制无法消除②温度补偿法:很难完全消除(补偿)③差分电路法:抑制能力很强,电路更灵活④信号变换法:比较复杂华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com一、直流耦合要解决的主要问题2.零输入零输出问题:REE-VEEV1ui+VCCRCuo当ui=0时,uo=0方法:双电源供电华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com二、基本差分电路的工作原理基本差分电路的组成1.差分电路的四种接法2.差分电路的差模放大作用3.差分电路的共模抑制作用4.差分电路工作原理华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com二、基本差分电路的工作原理一、基本差分电路的组成:由两个结构完全对称的共射放大电路组成。对称的意思:a.两个三极管的特性一致;b.电路参数对应相等。T1+VCCT2Rc1Rc2ui1ui2uoRL华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com二、基本差分电路的工作原理二、差分电路的四种接法:输入方式单端输入双端输入输出方式单端输出双端输出输入、输出的组合就构成了差分电路的四种接法!双端输入双端输出差分电路T1+VCCT2Rc1Rc2ui1ui2uoRL单端输入双端输出差分电路T1+VCCT2Rc1Rc2uoRLui双端输入单端输出差分电路T1+VCCT2Rc1Rc2ui1ui2uo单端输入单端输出差分电路T1+VCCT2Rc1Rc2uiuo华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com二、基本差分电路的工作原理差模信号与共模信号:差模信号:Ud=Uid1-Uid2大小相等,极性相反的一对信号:Uid1=-Uid2共模信号:Uc=Uc1=Uc2大小相等,极性相同的一对信号,用Uic1、Uic2表示,Uic1=Uic2T1+VCCT2Rc1Rc2ui1ui2uo零点漂移对两个管子作用相同,故可视为共模信号!共模信号和差模信号示意图差分电路只放大差模信号,抑制共模信号!华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com二、基本差分电路的工作原理uic1uic2uid1uid2T1+VCCT2Rc1Rc2uoRL1iui2u信号的分解:根据定义uid1=-uid2=uid/2=(ui1-ui2)/2uic1=uic2=uic=(ui1+ui2)/2ui2=uic2-uid2=uic-uid/2ui1=uic1+uid1=uic+uid/2合成:(如:ui1=32mV,ui2=0V)华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com二、基本差分电路的工作原理三、对差模信号的放大作用:T1+VCCT2Rc1Rc2uid1uid2uoduid差模信号:uid1=–uid2大小相等,极性相反差模输入信号:uid=uid1–uid2id1od1d1uuAuid2od2d2uuAube1c1d1rRAuidodduuAuid1od122uu结论:双端输出的差模电压放大倍数等于单管的电压放大倍数!华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com二、基本差分电路的工作原理T1+VCCT2Rc1Rc2uic1uic2uoc共模信号:uic1=uic2大小相等,极性相同共模输入信号定义为:uic=uic1=uic2ic1oc1c1uuAuic2oc2c2uuAu0icoccuuAuicu0四、对共模信号的抑制作用:对零点漂移有抑制能力!!!华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理长尾式差分电路长尾式差分电路的静态分析长尾式差分电路的动态分析四种接法的性能比较321华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理一、电路组成:由于单端输出的基本差分电路无零漂抑制能力,因此,对基本差分电路进行改进,引入RE成为长尾式差分电路。V1+VCCV2RCRCui1ui2uoRE-VEE长尾电路:longtailedpair华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理VEE=UBEQ+IEEREIEE=(VEE–UBEQ)/REICQ1=ICQ2(VEE–UBEQ)/2REUCQ1=VCC–ICQ1RCUCQ2=VCC–ICQ2RCUo=UCQ1–UCQ2=0ICQ1ICQ2IEIEQ1IEQ2UCQ1UCQ2V1+VCCV2RCRCREuo-VEE二、静态分析:直流通路(等效电路)V1+VCCV2RCRCui1ui2uoRE-VEE华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理三、动态分析:动态分析的思路:1.将双管电路化成单管电路,利用以前的结论来分析;2.共模信号单独分析;3.差模信号单独分析;4.综合起来看电路对两种信号的综合作用;将双管电路化成单管电路的关键:1.合理处理射极公共元件RE2.合理处理集电极负载RL华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理1.共模输入分析:有:ie1=ie2ue=2ie1REuic=uic1=uic2对于共模输入:所以:等效电路如右;uoc=00icoccuuAuie1ie2uic1V1+VCCV2VEERCRCREuocuic2三、动态分析:①双端输出:共模信号交流通路2RE2REV1V2RCRCuocuic2uic1华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理1.共模输入分析:三、动态分析:②单端输出:2Re2ReV1RCuocuic1其等效单管电路如图:共模信号交流通路2Re2ReV1RCuocV2RCuic2uic1等效单管电路共模电压放大倍数:icoccuuAuebe1c1R2β1)(++rR共模输入电阻(输入端并联):]2)1([212ebebicicRriuR++eR2≈c1R显然:Re越大越好!华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理2.差模输入分析:三、动态分析:①双端输出:T1+VCCT2–VEERc1Rc2Reuid1uid2uodRL差模信号:uid1=-uid2uid1IC1UC1uid2IC2UC2Uod=2Uod1RL等效为RL/2uid1IC1IE1ΔIRe=0Re=0uid2IC2IE2虚断!虚短!Re=∞uRe=0华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理2.差模输入分析:三、动态分析:①双端输出:差模信号:uid1=-uid2RL1/2RL;Re=0V2RCuid2uod21/2RL+VCC1/2RLuid1V1RCuod1等效电路如右:+VCC1/2RLuid1V1RCuod1等效单管电路化成单管如图:idoduuAuid1od122uubeLrRLc1L21//RRRRid=2rbe1Ro=2Rc1T1+VCCT2–VEERc1Rc2Reuid1uid2uodRL华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理2.差模输入分析:三、动态分析:②单端输出:此时,负载不属于公共元件,无须处理;输出信号却比双端的时候减少一半;T1+VCCT2–VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRLidoduuuA=i1o12uuLc1L//RRRbe1L2'rRRid=2rbeRod=RC华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com三、长尾式差分电路的工作原理共模抑制比:差分放大器的重要指标cdCMRuuAAKCMRRcdCMRlg20)dB(uuAAK10000CMRR)(80)dB(CMRdBK例如:因此:双端输出的共模抑制比CMRR=∞单端输出的共模抑制比:c1d1CMRuuAAKbeerR显然:Re非常重要!华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com四、恒流源式差分电路的工作原理改进的恒流源式差分电路恒流源式差分电路的动态分析恒流源式差分电路的静态分析恒流源式差分电路恒流源电路12345华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com四、恒流源式差分电路的工作原理一、电流源电路增大共模抑制比的思路:增大RE用恒流源动态内阻代替RE特点:直流电阻为有限值动态电阻很大三极管电流源+VCCRLRERB1RB2ICI0华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com四、恒流源式差分电路的工作原理简化画法电流源代替长尾式差分电路中的REui1V1+VCCV2RCuodui2RCR1VEER2R3IC3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0-VEE华南农业大学理学院主讲/设计/制作:谭诚臣E-mail:tantcc@139.com四、恒流源式差分电路的工作原理改进的差分电路1:静态工作点的求解,先从DZ入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