差分放大电路

A1vivo103A2vivo105答：两个放大电路是否都可以放大0.1mV(真正要放大的)信号？增加了Re电压增益输出漂移电压均为200mV输出漂移电压均为200mV输入端漂移电压为0.2mV(温漂)输入端漂移电压为0.002mVA1不可以(放大后,假信号比真信号大的多)，A2可以动画6-1设计差分放大电路的目的：减小零漂将有用信号进行有效放大到所需程度；将不需要但又不可避免的热漂移、杂散耦合等噪声信号，抑制到最低程度。减小零漂的措施:采用差分式放大电路1.差分的基本概念6.2.0概述–Vi+–Vo+放大电路差分放大+-vi1+-vi2RRCTaTRR/385.0100)1(=0T)(=i2i1VovvAviV=vA-+差分功能：实现2个信号相减i2Vi1VvAvA同相输入端反相输入端应用背景：电桥测量V10VR-RR+RR-RR+R例如铂电阻测温C19mV/5V222i1RRVVVRRRvC19mV/5V222i2RRVVVRRRv)(i2i1VovvAv实际输出为+-vo2.差分的基本概念6.2.0概述差模与共模：差分放大+-vi1+-vi2+-vo+-vid-+i2i1id=vvv差模信号)(21=i2i1icvvv共模信号icVCidVDocoo=vAvAvvvdC19mV/5Vi1vC19mV/5Vi2v总输出电压2=idici1vvv2vvvidici2=例：分析思路：叠加定理2=idi1vv2=idi2vvici1=vvici2=vv差模信号输出共模信号输出6.2.1基本差分式放大电路电路组成及工作原理组成特点静态分析动态分析（定性）输入差模信号输入共模信号抑制零点漂移原理主要指标分析计算动态分析思路双端输入差模增益共模增益共模抑制比输入、输出电阻单端输入带恒流源的差分电路几种接法性能对比结构特点：结构对称。6.2.1基本型差动放大器vi1vi2voRCR1T1RBRCR1T2RB6.2.1基本差分式放大电路基本差分电路（长尾）带恒流源的差分电路教材上的差分电路T1+6Vvs1RC120k+vs2–T2RC220kRs50T3T4IREFR2480R32.4kRs50R12.4k+vo–RP200–6Vvi1iC1Rcvo1iC2Rc+VCCvo2Re-VEE+-Rbvi2+-RbiEiE2iE1+-voRLT1T26.2.1基本差分式放大电路vi1iC1Rc1+VCCvo1T1Re1-VEE+-Rb1vi1iC1Rc1+VCCvo1T1Re1-VEEiC2Rc2+VCCvo2T2Re2-VEE+-Rb1vi2+-Rb2vo=vo1vo2=Av1vi1Av2vi2vo=Avd(vi1vi2)AV1=AV2（对管）原因之二对称VC1=VC2vo=VC1-VC2=0克服温漂(3)公共射极电阻Revi1iC1Rcvo1iC2Rc+VCCvo2Re-VEE+-Rbvi2+-RbiEiE2iE1+-voT1T2vi1iC1Rcvo1iC2Rc+VCCvo2Re-VEE+-Rbvi2+-RbiEiE2iE1+-voRLT1T2vi1iC1Rcvo1iC2Rc+VCCvo2Re-VEE+-vi2+-iEiE2iE1+-voRLT1T2组成特点(1)直接耦合的共射电路(Rb,Rs)(2)两边对称单端输出公共Re对差模信号相当于短路1.电路组成及工作原理6.2.1---1.差分式放大电路结构差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。即：1=2=VBE1=VBE2=VBErbe1=rbe2=rbeICBO1=ICBO2=ICBORC1=RC2=RC12-VEE6.2.1----2.抑制零漂的原理:Vo=VC1-VC2=0当vi1=vi2=0时，当温度变化时：VC1=VC2设Tic1,ic2vc1,vc2vo=vc1-vc2=0(VC1=VC2=VCC－IC×RC)+_+_++VCCvvci1i2TT12RcRbRbRovREEeVvi1iC1Rcvo1iC2Rc+VCCvo2Re-VEE+-Rbvi2+-RbiEiE2iE1+-voT1T26.2.1----3动态分析——输入差模信号2=idi1vvvi10vi20vo20VC2vo10VC1vo0大小相等，方向相反iE10IE1iE20IE2另外：Re相当于短路iE=06.2.1----4动态分析——输入共模信号ici1=vvici2=vv大小相等，方向也相同vi1iC1Rcvo1iC2Rc+VCCvo2Re-VEE+-Rbvi2+-RbiEiE2iE1+-voT1T2vi10vi20另外：Re相当于2ReiE=2iE1=2iE2vo0vo10VC1vo10VC1iE10IE1iE10IE16.2.2.基本差分式放大电路分析vi1iC1Rcvo1iC2Rc+VCCvo2Re-VEE+-Rbvi2+-RbiEiE2iE1+-voRLT1T2电路形式长尾式恒流源式抑制零漂6.2.2---1.差分放大电路的输入输出方式差分放大电路一般有两个输入端：同相输入端：根据规定的正方向，在一个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同，则该输入端称为同相输入端。反相输入端：反之，如果所得到的输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。12-VEE差分放大电路的输入输出方式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。12-VEE6.2.2----2.差模和共模输入差模输入:是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号。vi1=–vi2=vid/2共模输入:是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。iciivvv212+1=idvicivv2-2=idvicivv12-VEE差分放大电路能放大差模信号，抑制共模信号。(动画6-26-2.avi)比较输入:是指在两个输入端加上幅度(或极性)不相同的信号。差模信号和共模信号温度和电源电压的波动对三极管电路的影响（零漂）相当于在两个输入端加入了共模信号eEERe)(7.0=RVVI2.差动放大电路的基本工作原理6.2.3.静态工作点的计算：0=i2i1vv忽略Ib，有：Vb1=Vb2=0VReCC2C121=IIIICE2CE1=VV)7.0(CCCCRIVCB1B1III0=C2C1OVVVVE1=VE2=－VBEVC1=VC2=VCC－IC×RC,实现：0输入0输出+_+_++VCCvvci1i2TT12RcRovREEeV例1:长尾式差动放大电路恒流源差分放大电路可用恒流源T3来代替Re。恒流源电流数值为：IE=(VZ-VBE3)/Rero≈(1+β)rce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，电路如图所示。2020/4/20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。时，021iivv静态分析当输入信号为零时，即6.2.3.静态工作点的计算：例2:恒流源差动放大电路0=2/21CCCCCE0C21CCoBECCvvvVRIVVIIii这时，由于电路完全对称。6.2.3.差分放大电路的差模动态计算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----双）2.双端输入、单端输出（双----单）3.单端输入、双端输出（单----双）4.单端输入、单端输出（单----单）主要讨论的问题有：差模电压放大倍数：差模输入电阻Rid输出电阻Ro2-1==iioidovdAvvvvv(1)双端输入双端输出差模电压放大倍数纯差模输入时，流过电流源（或Re）的动态电流大小相等方向相反，其和为0，所以其上的动态压降也为0。这时的电流源（或Re）相当于虚短或虚断。2LR而流过负载RL的电流大小相等方向一致，所以这时接在两输出端的负载相当于原来的一半。2idv2-idv虚短(1)加入差模信号vi1=-vi2=vid/2，若vi1,vi2ib1,ib2ie1,ie2vic=0。++_---RRT+RbTCC1REEueb2VRc－cV+i2u－ui1oidu2idu2-IReEo2u++uo1LRvi1=vC+0.5vd；vi2=vC–0.5vd（ic1=-ic2）所以，恒流源对差模信号相当于短路。i电流源=ie1+ie2=0(虚断）v恒流源=0（虚短）--+-2+REidb2TvTi1idb1RRvcc+i22vRv-vEv++o1ovo23.电路的动态分析beLcd)2//(rRRRAbv①求差模电压放大倍数：因为vi1=-vi2设vi1,vi2vo1,vo2。电路对称│vo1│=│vo2│vo=vo1–vo2=2vo1差模电压放大倍数2i1iOdvvvvA1iO122vv1iO1vv对于差动信号而言，RL中点交流电位为0,所以放大倍数如上。--+-2+REidb2TvTi1idb1RRvcc+i22vRv-vEv++o1ovo2++++ib¦ÂberR-+Co1vRL-+vi1icib2(2)双端输入单端输出差模电压放大倍数LR1ov2-idv2idv双端输入单端输出因只利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双端输出的二分之一。虚短(3)单端输入双端输出差模电压放大倍数2LR从图中看出，2==1iicidvvv虚短21iv21iv21iv2-1ivbeLcd)2//(-rRRvvAidov(4)单端输入单端输出差模电压放大倍数21iv21iv21iv2-1iv~~~~从图中看出，2==1iicidvvvbe'beLc11d21-)//(21-rRrRRvvALidovLR1ov虚短(5)差模输入电阻和输出电阻差模输出电阻：单端输出：Ro=RC双端输出：Ro=2RC2LR2idv2-idv差模输入电阻：不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。Rid=2rbe虚短Ro=2RCRiRiRo)(21BbeiRrR输入电阻：输出电阻：.输入输出电阻vovi1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1vi2vod1vod2E(6).差分放大电路共模分析：共模放大倍数Avc和共模抑制比KCMR计算共模放大倍数Avc时，由于两个输入信号相等，ro等效为2ro。Avc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时等于零。icvicvAAKVVAvcvdCMRicocvc,0(6).差分放大电路共模分析：共模放大倍数Avc和共模抑制比KCMR计算共模放大倍数Avc时，由于两个输入信号相等，ro等效为2ro。Avc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时等于零。单端输出时交流通路如图所示。eLebeLicoc1c12'-≈2)1('-=RRRrRvvAvicvicvLR1ov2roT1单边微变等效电路obeccoccrrRvvA)1(211112cARC2roic1vc1voc1ib1ib1ie1rbe16.差分放大电路共模分析：共模放大倍数Avc和共模抑制比KCMR共模抑制比KCMR：cdCMRvvAAKdBlg20cdCMRvvAAK或双端输出时由于Avc等于零，KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：beeeLbeL11CMR2/'2/'rRRRrRAAKvcvd≈为了提高共模抑制比应加大Re。