低频电子线路第4章

1、第第 4 章放大器基础章放大器基础在广播、通信、自动控制、电子测量等在广播、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。部分。放大器是应用最广泛的一类电子线路放大器是应用最广泛的一类电子线路, ,它它的主要功能是的主要功能是将输入信号进行不失真的放大。将输入信号进行不失真的放大。 按信号强弱分：按信号强弱分：小信号放大器小信号放大器 大信号放大器大信号放大器 按电路结构分：按电路结构分：直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器( (线性放大器线性放大器) )( (非线性放大器非线性放大器) )( (多用于集成电路多用于集成电路)

2、)( (多用于分立元件电路多用于分立元件电路) )q 放大器分类放大器分类 按信号特征分：按信号特征分：宽带宽带放大器放大器音频放大器音频放大器视频放大器视频放大器脉冲放大器脉冲放大器谐振放大器谐振放大器( (放大语音信号放大语音信号) )( (放大图像信号放大图像信号) )( (放大脉冲信号放大脉冲信号) )( (放大高频载波信号放大高频载波信号) )功率功率放大器放大器保证半导体器件保证半导体器件工作在放大模式工作在放大模式 q 放大器组成框图放大器组成框图耦合电路耦合电路耦合电路耦合电路输出负载输出负载输入信号输入信号直流偏置电路直流偏置电路外外 围围 电电 路路具有正向受控作用的半导具

3、有正向受控作用的半导体器件是整个电路的核心体器件是整个电路的核心将放大器输出将放大器输出端与输出负载端与输出负载进行连接。进行连接。将输入信号源将输入信号源与放大器输入与放大器输入端进行连接。端进行连接。 电源电源 VCC 提供的功率：提供的功率：q 放大实质放大实质 20CCCDd21tiVP CQCCIV 三极管集电极上的功率：三极管集电极上的功率： 20CCECd21tivPC2cmCQCEQ21RIIV 负载电阻负载电阻 RC 上的功率：上的功率： 20C2Ld21tRiPC C2cmC2CQ21RIRI CCQCEQCCRIVV 因为因为LCDPPP 所以所以+ - -iBviiCV

4、CCRC+ - -+ - -VIQvo 20BBId21tivPEbmimBQIQ21IVIV输入功率均消输入功率均消耗在发射结上耗在发射结上注意：注意：放大器放大信号的实质：放大器放大信号的实质：是利用三极管的正向受控是利用三极管的正向受控作用，将电源作用，将电源 VCC 提供的直流功率，部分地转换为输提供的直流功率，部分地转换为输出功率。出功率。 电源电源 VCC 不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作在不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作在放大区，同时还是整个电路的能源。放大区，同时还是整个电路的能源。电源提供的功率电源提供的功率 PD 除了转换成负载上有用的输出功除了转换成负载上有用的输

5、出功率率 PL 外，其余均消耗在晶体三极管上外，其余均消耗在晶体三极管上( ( PC ) )。 三极管仅是一个换能器。三极管仅是一个换能器。放大器的组成原则：放大器的组成原则： 直流偏置电路直流偏置电路( (即直流通路即直流通路) )要保证器件工作在放大要保证器件工作在放大模式。模式。 交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号号 vi时，应有时，应有 vo 输出。输出。 判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，则

6、该电路就不具有放大作用。合理，则该电路就不具有放大作用。 元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，即电元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，即电路需提供合适的路需提供合适的 Q 点及足够的放大倍数。点及足够的放大倍数。q 放大器的性能指标放大器的性能指标就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为有就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为有源线性四端网络：源线性四端网络： 线性线性有源有源四端四端网络网络RSRLvS+- -+- -viiiiovo+- -RiRo反映放大器性能的主要指标有：反映放大器性能的主要指标有：增益增益 A输入电阻输入电阻 Ri 、 输出电阻输出电阻 Ro、q 输入电

7、阻输入电阻对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻 Ri 。 或或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viiiiiiivR 定义定义上式中，上式中，Ri 表示本级电路对输入信号源的影响程度。表示本级电路对输入信号源的影响程度。 q 输出电阻输出电阻对输出负载而言对输出负载而言( (根据戴维宁定理和诺顿定理根据戴维宁定理和诺顿定理) )，任任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器输出电阻输出电阻 Ro 。 或或R

8、oRLvot+- -+- -voioRoRLion+- -voiovot ：负载开路时负载开路时 vi 或或 ii 在电路输出端产生的开路电压。在电路输出端产生的开路电压。ion ：负载短路时负载短路时 vi 或或 ii 在电路输出端产生的短路电流。在电路输出端产生的短路电流。onootiRv输出电阻输出电阻 Ro 计算：计算：RLvS+- -vo放放大大器器RS+- -( (放大器一般框图放大器一般框图) )iv+- -放放大大器器RS( ( Ro 的定义的定义) ) 令负载电阻令负载电阻 RL 开路，信号源为零。开路，信号源为零。 在输出端外加电压在输出端外加电压 v，则产生电流则产生电流

9、 i。ivR o定义定义Ro 反映放大器受负载电阻反映放大器受负载电阻 RL 的影响程度。的影响程度。q 小信号放大器四种电路模型小信号放大器四种电路模型RSRivS+- -+- -viRoRLvot+- -+- -vo电压放大器电压放大器RoRLionioRSRiiSii电流放大器电流放大器RSRivS+- -+- -vi互导放大器互导放大器RoRLionioRoRLvot+- -+- -voRSRiiSii互阻放大器互阻放大器放大器的增益：放大器的增益：q 增益增益( (放大倍数放大倍数) )即放大器输出信号量与输入信号量的比值。不同类型即放大器输出信号量与输入信号量的比值。不同类型放大器

10、输入、输出电量不同，故增益的含义不同。放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同。 A = xo / xi电压放大器电压放大器RSRivS+- -+- -viRoRLvot+- -+- -vo电压增益：电压增益：开路电压增益：开路电压增益：iovvAv 源电压增益：源电压增益：isisiiososRRRAvvvvvvAvv )1(LoootioiottRRAvvvvvvAvv Ro 越小，越小，RL 对对 Av 影响越小。影响越小。Ri 越大，越大，RS 对对 Avs 影响越小。影响越小。电流放大器电流放大器电流增益：电流增益：短路电流增益：短路电流增益：源电流增益：源电流增益：RoRLion

11、ioRSRiiSiiioiiAi iSSsiiososRRRAiiiiiiAii )1(oLoonioionnRRAiiiiiiAii Ri 越小，越小，RS 对对 Ais 影响越小。影响越小。Ro 越大，越大，RL 对对 Ai 影响越小。影响越小。互导放大器互导放大器ioviAg 互导增益：互导增益：互阻放大器互阻放大器互阻增益：互阻增益：ioivAr q 理想放大器性能特点理想放大器性能特点 电压放大器：电压放大器： Ri 0、Ro 、 Ais 大且不随大且不随 RL 和信号源而变化。和信号源而变化。电流放大器：电流放大器： Ri 、Ro 0、 Avs 大且不随大且不随 RL 和信号源而变

12、化。和信号源而变化。互导放大器：互导放大器： Ri 、Ro 、Ags 大且不随大且不随 RL 和信号源而变化。和信号源而变化。互阻放大器：互阻放大器： Ri 0、 Ro 0、 Ars 大且不随大且不随 RL 和信号源而变化。和信号源而变化。q 放大器的频率响应放大器的频率响应一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信号激一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信号激励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器增益应为频励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器增益应为频率的复函数：率的复函数： )(jAe)()j(AA 相频特性相频特性 幅频特性幅频特性 放大器的频率特性放大器的频率特性 波特图波特图在半对

13、数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。Of /HzA( f )/dBOf /Hz A( f )幅幅频频特特性性相相频频特特性性( (对数刻度对数刻度) )( (对数刻度对数刻度) )( (线性刻度线性刻度) )( (线性刻度线性刻度) )(lg20)(dB AA 增益分贝值增益分贝值：通频带：通频带：LH7 . 0ffBW 对应上限频率对应上限频率 fH及下限频率及下限频率 fL 。时，时，增益下降到增益下降到 21 IAAIAI2fHfL 频率特性的三个频段频率特性的三个频段中频段：通频带以内的区域。中频段：通频带以内的区域。放大器的增益、相角均为

14、常数，不随放大器的增益、相角均为常数，不随 f 变化。变化。特点：特点：原因：原因：所有电抗影响均可忽略不计。所有电抗影响均可忽略不计。 高频段：高频段： f fH 的区域。的区域。频率增大，增益减小并产生附加相移。频率增大，增益减小并产生附加相移。特点：特点：原因：原因：极间电容容抗极间电容容抗 分流分流 不能视为开路。不能视为开路。即极间电容开路、耦合旁路电容短路。即极间电容开路、耦合旁路电容短路。低频段：低频段： f rce 因此因此 cemtmaxrgAv TACQATCQVVIVVI 由于厄尔利电压由于厄尔利电压 |VA|VT ，因此共发电路提供的，因此共发电路提供的 Av 很很大，

15、且其值与静态电流大，且其值与静态电流 ICQ 无关。无关。共发电路特点共发电路特点采用有源负载的共发放大器采用有源负载的共发放大器 RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ等效为等效为e1bLo21)/(rRRAv)/1(21e2bEE2ce2o2RRrRRrR 其中其中 发射极接发射极接 RE 的共发放大器的共发放大器 Eebbbi)1 (RrrRiovvAv EebbbLC)1 ()/(RrrRRRCRBvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viRE( (交流通路交流通路) )rb e ibioRCRBvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virc

16、eiiRE( (小信号等效电路小信号等效电路) )rbb 忽略忽略r rceceLCCiRRRiiAioiiRRALCRR o 若考虑若考虑rce，如何计算？，如何计算？ 共基极放大器共基极放大器VCCRCRB1RB2RE直直流流通通路路RB1vs+ - -RL+ - -voRB2RECBRSC1C2VCCRC交交流流通通路路vs+ - -RL+ - -voRERSRC共基电路性能分析共基电路性能分析iiivRi 画小信号等效电路画小信号等效电路( (忽略忽略 rce 影响影响) ) 共基电路输入电阻共基电路输入电阻ibeebmiirvgi)(1ebbbrrvs+ - -RL+ - -voRE

17、RSRCvi+ - -vs+ - -RL+ - -voRERSRCrb egmveb io+ - -vibecii Rirbb ，令 0 svCoRR 共基电路输出电阻共基电路输出电阻共基电路电流增益共基电路电流增益ioiiAi iivgvgibembemoLCCRRR 0nLRiiAA短路电流增益短路电流增益iovvAv ebLCbem)/(vRRvgLmRg共基电路电流增益共基电路电流增益共基电路特点共基电路特点1) )有电压放大作用、但无电流放大作用有电压放大作用、但无电流放大作用 2) )输出电压与输入电压同相输出电压与输入电压同相3) )输入电阻低、输出电阻高（考虑输入电阻低、输出电

18、阻高（考虑r rcece） ebbbrrRL 若考虑若考虑rce，Ro如何计算？如何计算？ 考虑考虑 rce 时共基电路输出电阻时共基电路输出电阻令令 vs = 0、RL 开路，画出求开路，画出求 Ro 的等效电路。的等效电路。ebbeESESrrRRiRRvbe)/(beESebrRRiv则则ebcebem)(vrvgivcebeSS)1 (rrRRivRo得得CCooRRRR+ - -vRERSRCrb e rce gmvb eibecrbb 共集电极放大器共集电极放大器VCCRB1RB2RE直直流流通通路路交交流流通通路路RERB1vs+ - -RL+ - -voRB2RSVCCRB1v

19、s+ - -RL+ - -voRB2RERS+ + C1C2共集电路性能分析共集电路性能分析iiivRi 画小信号等效电路画小信号等效电路 共集电路输入电阻共集电路输入电阻( (忽略忽略 rce) )/)(1 (LEebbbRRrrRERB1vs+ - -RL+ - -voRB2RS+ - -virb e ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virce- -Rirbb 共集电路输出电阻共集电路输出电阻令令 vs = 0、RL 开路，画出求开路，画出求 Ro 的等效电路。的等效电路。rbe ibi RERB+ vRSrce- -iibRo RS = RS/RB)(Sbeb

20、Rriiv)/(SbebRrvi则则1ebSorrRivRbb得得因此因此EoEceoo/RRRrRRrb e ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virce- -Rirbb 共集电路电流增益共集电路电流增益( (忽略忽略 rce) )ioiiAi )1 (LEERRR)1(0nL RiiAA短路电流增益短路电流增益共集电路电压增益共集电路电压增益( (忽略忽略 rce) )iovvAv iRiRRiiLEi)/()1 (EebE)1 ()1 (RrrRbb 1其中其中LEE/ RRR rb e ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virce-

21、-Rirbb 三种组态电路性能比较三种组态电路性能比较ebrrbb1ebrrbbEeb)1 (RrrbbcerR /CEbbRRrr/1Seb )1( LRgm1)1 ()1 (EebERrrRbb)1/(cebeSSCrrRRR共发共发共基共基共集共集RiRoAvAinRCvs+ - -RL+ - -voRBRS+ - -vivs+ - -RL+ - -voRERSRCvi+ - -REvs+ - -RL+ - -voRBRS+ - -viLRgm三种组态电路的应用三种组态电路的应用 共发放大器共发放大器 广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中。广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中。 共基

22、放大器共基放大器 由于频率特性好，故常与共发电路配合，组成宽带放由于频率特性好，故常与共发电路配合，组成宽带放大器。大器。 共集放大器共集放大器 利用利用 Ri 高的特点，常作多级放大器输入级；高的特点，常作多级放大器输入级；利用利用 Ro 低的特点，常作多级放大器输出级，提高带低的特点，常作多级放大器输出级，提高带负载能力。负载能力。利用利用 Ri 高、高、 Ro 低的特点，常作缓冲级低的特点，常作缓冲级( (隔离级隔离级) )，以以提高前级电路的增益。提高前级电路的增益。共发共发- -共基组合放大器共基组合放大器三种基本组态放大器的性能特点各不相同，若将它三种基本组态放大器的性能特点各不相

23、同，若将它们适当组合，可使放大器的性能更接近理想化。们适当组合，可使放大器的性能更接近理想化。 组合放大器组合放大器be1i1irRR)1 (be2ce1ce12ce2o2orrrrRR112iA21vvvAAA be2L2be12be211rRrrbe1L1rRvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viioiiT1T2利用共发电路增益高、共基电路利用共发电路增益高、共基电路 Ri 低、低、Ro 高的特高的特性，使共发性，使共发-共基组合电路更接近理想的电流放大器。共基组合电路更接近理想的电流放大器。共集共集- -共发组合放大器共发组合放大器be21be1i1i)1 (rrRRce2o

24、2orRR 21vvvAAA be2L2rR2vA 利用共发电路增益高、共集电路利用共发电路增益高、共集电路 Ri 高、高、Ro 低的特低的特性，使共集性，使共集-共发组合电路更接近理想的电压放大器。共发组合电路更接近理想的电压放大器。21)1 (iAvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viioiiT1T2共集共集- -共基组合放大器共基组合放大器i21be1i1i)1 (RrRR21vvvAAA be2L2i21be1i21)1 ()1 (rRRrR21)1 (iA2be2i21rR由于由于则则bei2rR ( (假设两管参数相同假设两管参数相同) )1 (be2SSce2o2or

25、RRrRR其中其中1be1So1S1rRRRbeL21rR( (假设两管参数相同假设两管参数相同) )vs+ - -RL+ - -voRS+ - -viioiiT1T2q 共源放大器共源放大器GiRR dsDo/rRR 场效应管电路性能特点、分析方法与三极管放大器场效应管电路性能特点、分析方法与三极管放大器相似。不同之处仅在于，场效晶体管的相似。不同之处仅在于，场效晶体管的 ig = 0。gsLogsmio)/(vRRvgvvAv )/(LomRRggmvgsRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virdsgsRi iRo oRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ -

26、-vi差分放大器具有抑制差分放大器具有抑制Q点漂移的作用，广泛用于集点漂移的作用，广泛用于集成电路的输入级，是另一类基本放大器。成电路的输入级，是另一类基本放大器。差分放大器差分放大器T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLT1+- -+ - -VCCREEvi1vo+- -vi2RCRCT2RLVEET1VDDISSRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSS 估算电路估算电路 Q 点点T1VDDISSRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSS 2SSDQ2DQ1IIIIDQDDQDDDQ2DQ1RIVVV双端输出电压双端输出电压单端输出电压

27、单端输出电压21ooovvv21oovv 、SSSSGSQSSSSSDQSSRVVRVVII 2WClIVVoxnDQthGSGSQ2)(SSIq 差模信号差模信号和共模信号和共模信号性能特点性能特点 差模信号：指大小相等、极性相反的信号。差模信号：指大小相等、极性相反的信号。表示为表示为 vi1 = vi2 = vid / 2差模输入电压差模输入电压vid = vi1 vi2 共模信号：指大小相等、极性相同的信号。共模信号：指大小相等、极性相同的信号。表示为表示为 vi1 = vi2 = vic共模输入电压共模输入电压 vic = (vi1 + vi2 ) / 2 任意信号：均可分解为一对差

28、模信号与一对共模信号任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模信号之代数和。之代数和。 vi1 = vic+ vid / 2vi2 = vic vid / 2即即在输出端，输出信号也可分解为共模信号和差模信在输出端，输出信号也可分解为共模信号和差模信号之和。号之和。vo1 = voc+ vod / 2vo2 = voc vod / 2即即差分放大器的差分放大器的差模性能差模性能共模输出电压共模输出电压 voc = (vo1 + vo2 ) / 2差分放大器的主要性能特点体现在它对差模信号和差分放大器的主要性能特点体现在它对差模信号和共模信号具有完全不同的放大能力。共模信号具有完全不同的放大能力

29、。差分放大器的差分放大器的共模性能共模性能差模输出电压差模输出电压vod = vo1 vo2 q 差放半电路分析法差放半电路分析法 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，分别画出如何在差模输入与共模输入时，分别画出半电路交流通半电路交流通路路。在此基础上分析电路各项性能指标。在此基础上分析电路各项性能指标。分析步骤：分析步骤： 差模分析差模分析画半电路差模交流通路画半电路差模交流通路 计算计算 Avd、Rid、Rod 。 共模分析共模分析画半电路共模交流通路画半电路共模交流通路 计算计算 Avc、Ric 、Roc 。

30、 根据需要计算输出电压根据需要计算输出电压 双端输出：双端输出： 计算计算 vo 。单端输出：单端输出： 计算计算 vo1 、 vo2 。q 差模性能分析差模性能分析RSS对差模视为短路。对差模视为短路。iD2 = IDQ - - idiD1 = IDQ + id因因ISS = iD1 + iD2 = 2IDQ( (不变不变) )故故RL 中点视为交流地电位，中点视为交流地电位，即每管负载为即每管负载为 RL / 2 （双端输（双端输出）。出）。直流电源短路接地。直流电源短路接地。1) ) 差模交流通路差模交流通路注意：注意：关键在于对公共器件的处理。关键在于对公共器件的处理。 T1VDDIS

31、SRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSSvod1RDvod2vid1vid2+-+- + vod -2) )差模性能指标分析差模性能指标分析idididivR 差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻 单端输出：单端输出：放大器任一端到地的电阻；放大器任一端到地的电阻； 双端输出：双端输出：以以v vodod两端向放大器看过去的电阻两端向放大器看过去的电阻， 即为两放大器输出电阻之和。即为两放大器输出电阻之和。差模电压增益差模电压增益idoddvvAv id2id1od2od1vvvv id1od122vv )(1双端输出vAvod1RDvid1+-半电路差模交流通路半电路差

32、模交流通路 idod1d1vvAvid2id1od5 . 0vvvidod2vv)(21d单端输出vAidodd22/vvAv)(21d单端输出vAq 共模性能分析共模性能分析每管源极接每管源极接 2RSS。iD2 = IDQ + idiD1 = IDQ + id因因ISS = iD1 + iD2 = 2IDQ+ 2id则则RL 对共模视为开路对共模视为开路（双端输出）。（双端输出）。直流电源短路接地。直流电源短路接地。1) ) 共模交流通路共模交流通路因此因此 RSS 上的共模电压：上的共模电压：2id RSS因此流过因此流过 RL 的共模电流为的共模电流为 0。T1VDDISSRDRDT2

33、vi1vi2Rssvo1vo2VSS + voc -voc1RDvoc2vicvic+-+-2RSS2RSSvoc1RDvic+-2RSS半电路共模交流通路半电路共模交流通路 2) )共模性能指标分析共模性能指标分析( (单端单端) )icicicivR 共模输入电阻共模输入电阻共模输出电阻共模输出电阻共模电压增益共模电压增益icoc1cvvAv)r(221ds忽略SSDSSmDmRRRgRgSSdsmSSdsocRrgRrR22q 共模抑制比共模抑制比( (单端输出单端输出) )KCMR 是用来衡量差分放大器对共模信号抑制能力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

34、。的一项重要指标，其值越大越好。定义定义cdCMR2/vvAAKcd1CMRvvAAKSSmRg提高提高 ISS( (即增大即增大 gm) )、增大、增大 RSS提高提高 KCMR 普通差放存在的问题：普通差放存在的问题：RSS KCMR 抑制漂移能力抑制漂移能力 但但 ISS 可采用电流源取代可采用电流源取代R RSSSS来解决这个矛盾。来解决这个矛盾。T1VDDID3=ISSRDRDT2vi1vi2vo1vo2VSST3VGGT1VDDISSRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSS Q Q点随温度的变化（点随温度的变化（温漂温漂）总是在两管中等量产生）总是在两管中等量产生的，在效果

35、上，可将它等效为作用在输入端的共模信的，在效果上，可将它等效为作用在输入端的共模信号。差分放大器能有效地抑制它。号。差分放大器能有效地抑制它。 双端输出时双端输出时 单端输出时单端输出时q 任意输入时，输出信号的计算任意输入时，输出信号的计算idd2o1oovAvvvv i2i1idvvv 其中其中idd1iccod1oc1ovAvAvvvvvidd2iccod2oc2ovAvAvvvvv其中其中i2i1idvvv 2i2i1icvvv vdAAA21vd2vd1q 双极型差分放大器双极型差分放大器T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLRC+ - -v

36、od1+ - -vid1RL2 2T1半电路差模交流通路（双端输出）半电路差模交流通路（双端输出） idididivR )(22eb1 irrRbb)(2)/(22C1ood双端输出RcRrRRceidoddvvAv )()2/(ebLC双端输出rrRRbb)(22eb1 irrRbb)()/(C1ood单端输出RcRrRRceidod1d1vvAv)()(2)/(ebC单端输出rrRRbbLidididivR T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL半电路差模交流通路（单端输出）半电路差模交流通路（单端输出） RC+ - -vod1= vod+ - -

37、vid1RLT1ii半电路共模交流通路半电路共模交流通路（双端输出）（双端输出）RC+ - -voc1+ - -vic1= vicT12REE电路特点电路特点双端输出电路利用对称双端输出电路利用对称性抑制共模信号。性抑制共模信号。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL半电路共模交流通路半电路共模交流通路 ( (单端输出单端输出) )RC+ -voc1=voc+ -vic1= vicT12REERLicicicivR 1 iR)1 (2EEebRrrbbC1oocRRRicoc1cvvAvEELEEebLC2)1 (2)/(RRRrrRRbb单端输出情况

38、：单端输出情况：单端输出电路特点单端输出电路特点单端输出电路利用单端输出电路利用 REE 的负反的负反馈作用抑制共模信号。馈作用抑制共模信号。利用利用 REE 抑制共模信号原理：抑制共模信号原理： CQIT EQV BQI)(EQBQBEQVVV T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL CQI 一般射极电阻一般射极电阻 REE 取值较大取值较大EELc2RRAv因此因此很小。很小。结论结论 无论电路采用何种输出方式，差放都具有放大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。差模信号、抑制共模信号的能力。双极型单端共模抑制比双

39、极型单端共模抑制比cd1CMRvvAAKEEmRgREE KCMR 抑制漂移能力抑制漂移能力 但但 IEE Q 点降低点降低 输出动态范围输出动态范围 T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3采用电流源的差分放大器采用电流源的差分放大器电路两边不对称对性能的影响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：实际差分放大器，电路不可能做到完全对称：q 双端输出时的双端输出时的 KCMRT1、T2 两管集电极电阻两管集电极电阻 RC 不相等不相等或或 T1、T2 两管的两管的 及及 VBE(on)不对称不对称例如例如产生运算误差产生运算误差理想情况理想情况o

40、d2od1vv 实际情况实际情况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(coc2vvv由于由于od1oc11ovvv od2oc22ovvv icd)c(idd)d(d)c(od)d(o2o1oovAvAvvvvvvv 则则d)c(d)d(CMR/ vvAAK因此因此由两管参数不对称由两管参数不对称( (如如 VBE(on)、IS、RC 不等不等) )引起失调。引起失调。q 失调及其温漂失调及其温漂 输入失调电压输入失调电压 VIOT1T2实际差放实际差放+-

41、 -VO 0零输入时零输入时等效为等效为理想差放理想差放+- -VOVIO+- -从等效的观点看：从等效的观点看：VIO 就是使就是使 VO = 0 时，在实际差放输入端所加的补偿电压。时，在实际差放输入端所加的补偿电压。dOIO/vAVV 失调电压失调电压VIO 产生原因：产生原因：两管两管 不等，造成不等，造成 ICQ1 ICQ2 输入失调电流输入失调电流 IIO从等效的观点看：从等效的观点看：IIO 就是使就是使 ICQ1 = ICQ2 时，在实际差放输入端所加的时，在实际差放输入端所加的补偿电流。补偿电流。 BQ2BQ1IOIII 失调电流失调电流IIO 产生原因：产生原因：T1VCC

42、REEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ2若取若取2)(BQ2BQ1BIII 则则2IOBBQ1III 2IOBBQ2III 失调模型失调模型总输入失调电压总输入失调电压SIOIOIORIVV 当当 RS 较大时：较大时：当当 RS 较小时：较小时：失调以失调以 IIO为主，为减小为主，为减小 VIO ，应选，应选 IIO 小的差放。小的差放。失调以失调以 VIO 为主，为减小为主，为减小 VIO ，应选，应选 VIO 小的差放；小的差放；T1T2- - +IBIBIIO2IIO2VIORSRS 调零电路调零电路T1VCCREEVEERCRCT2RSRSVEE+ - -VORW( (发射

43、极调零电路发射极调零电路) )T1VCCREERCRCT2RSRSVEE+ - -VORW( (集电极调零电路集电极调零电路) )调节电位器调节电位器 RW ，改变两端发射极电位或集电极电，改变两端发射极电位或集电极电阻，使静态工作时双端输出电压减小到零。阻，使静态工作时双端输出电压减小到零。 VIO 和和 IIO 的温漂的温漂若环境温度、电源电压等外界因素变化：若环境温度、电源电压等外界因素变化：三极管参数变化三极管参数变化VIO 和和 IIO 变化。变化。其中温度变化引起的温漂最大。其中温度变化引起的温漂最大。注意：调零电路可以克服失调，但不能消除温漂。注意：调零电路可以克服失调，但不能消

44、除温漂。 MOS 差放的失调差放的失调因因IG 0IOSIOIOIOVRIVV 则则( (mV 量级量级) )由两管参数由两管参数( (如如 W/l、VGS(th) )及及 RD 不匹配引起失调。不匹配引起失调。VIO 产生原因：产生原因：注意：注意： MOS 管差放的管差放的 VIO 三极管差放的三极管差放的 VIO 。差模传输特性差模传输特性完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性。特性。q 双极型差放的差模传输特性双极型差放的差模传输特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+- -vID假设电路对称假设电路对称121 TBE1

45、eSC1VvIi TBE2eSC2VvIi C2C1EEiiI BE2BE1IDvvv则则TID/EEC2e1VvIi TID/EEC1e1VvIi 得得)2(thTIDEEC2C1VvIii 差模传输特性曲线差模传输特性曲线1OiC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEEOiC1- - iC2vID/VTIEE- -IEE可以证明：可以证明： 当当| vID | 26 mV 时，差放线性工作时，差放线性工作( (单管电路单管电路 vI 100 mV 后后，一管截止一管截止、另一管导通另一管导通，差放非线性工作差放非线性工作。说明：说明：若在两管发射极上串联电阻若在两管发射极上串联电阻 RE，则利用，则利用 RE 的负反馈的负反馈 作用，可扩展线性范围。作用，可扩展线性范围。RE 线性范围线性范围 但但 Avd 最大差模输入电压范围：最大差