《差分放大电路》课件

差分放大电路2024/12/121重点:l

直接耦合放大电路及存在的主要问题l

典型差分放大电路的工作原理l

掌握差分电路的分析,会求静态工作点、差模电压放大倍数、差模输入电阻、输出电阻。2024/12/122uiRC1R1T1§1差分放大电路增加R2

、RE2

:

用于设置合适的Q点。问题

1:前后级Q点相互影响。+UCCuoRC2T2R2RE21.1直接耦合电路的特殊问题怎样解决直流电位相互牵制的问题？（1）利用Re2提高T2的Ue，使T1，T2退出饱和状态。2024/12/123问题

2:零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当

ui

等于零时，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将信号淹没2024/12/124零点漂移1.2直接耦合放大器的特点1、什么是零点漂移在直流放大电路中，我们把输入信号为零时，输出电压偏离其初始值的现象称为零点漂移。（1）直流放大器级数越多，放大倍数越大。输出端漂移现象越严重。（2）第一级的零漂影响最大。uiAu=20U01=10mvAu=20U02=210mvAu=20U01=4.21vuot0有时会将信号淹没2024/12/125零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。

抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。

差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。2024/12/1263、产生零漂的原因（1）

温度的变化——最主要。（2）

电流电压的波动。（3）元件老化等造成的电路元件参数的变化。4、减少零漂的措施（1）

选用高质量的硅管，并用温度补偿电路。（2）在电路中引入直流负反馈。（3）

采用差分放大电路。2、怎样衡量零点漂移的大小温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。2024/12/1271.3差分放大电路电路特点：T1、T2

所在的两边电路参数完全对称。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEuo1uo2+–Rp1、差分放大电路的结构输入端接法双端：单端：输入信号从某个三极管的基极与地之间加入，如ui1，ui2输入信号从两个三极管的基极与地之间加入，ui=ui1–

ui22024/12/128uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEuo1uo2+–Rp1、差分放大电路的结构输出端接法双端：单端：输出信号从某个三极管的集电极与地之间取出，如uo1，uo2输出信号从两个三极管的集电极之间加入，uo=uo1–

uo2输入输出有四种接法（1）双端输入，双端输出；（2）双端输入，单端输出；（3）单端输入，双端输出；（4）单端输入，单端输出；2024/12/1292、抑制零漂的原理uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEuo1uo2+–Rpuo=(UC1+

uC1

)-(UC2+

uC2)=0当温度变化时：

uC1=

uC2

IC1=

IC2,,uo=UC1-UC2

=0静态时

ui1

=

ui2=0

，由于电路的对称性

IC1=IC2

,UC1=UC2

温度变化和电源电压波动，都将使t1、t2集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，因此当从t1、t2

集电极输出信号时，其变化量相互抵消，理想情况下，没有温漂。2024/12/12103.信号输入(2)差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=uid(1)共模(commonmode)

输入ui1

=ui2=uC差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:幅度相等、极性相同的一对输入信号。通常为温漂和干扰信号。

共模输入时，由于电路完全对称，当温度变化时，两管的零漂总是一样的，即uo1=uo2，则uoc=Au(uic1-uic2)=uo1–

uo2=0——差分放大器可以完全抑制共模信号。幅度相等、极性相反的一对输入信号。通常为有用信号。

2024/12/1211(3)比较输入

两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，既非共模，又非差模。比较输入在自动控制系统中是较常见的。结论：任意输入的信号:ui1,

ui2，都可分解成一对差模分量和共模分量的组合。差模分量:共模分量:注意：ui1

=uic

+

uid

；ui2=uic-

uid例:ui1=20mV,ui2=10mV则：ud=5mV,uc=15mV2024/12/1212(3)比较输入

ui1、ui2大小和极性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信号差模信号

放大器只放大两个输入信号的差值信号—差分放大电路。2024/12/1213对于线性差分放大电路，可用叠加定理求得输出电压uo1

=Ac

uic

+Aduid

；uo2=Ac

uic

–Ad

uiduo=uo1–

uo2=2Ad

uid=Ad(ui1–

ui2)输出电压的大小仅与输入电压的差值有关。这就是差分放大电路的差值特性。对于差分放大电路来说，差模信号是有用信号，要求对差模信号有较大的放大倍数；而共模信号是干扰信号，对共模信号的放大倍数越小越好。对共模信号的放大倍数越小，就意味着零点漂移越小，抗共模干扰的能力越强。2024/12/1214

对于差模信号，我们要求放大倍数尽量地大；对于共模信号，我们希望放大倍数尽量地小。实际电路中，差动式放大电路不可能做到绝对对称，这时Uo≠0，Ac≠0，即共模输出电压不等于零。共模电压放大倍数不等于零，为了全面衡量一个差分放大器放大差模信号、抑制共模信号的能力，引入共模抑制比。

(4)共模抑制比差模放大倍数共模放大倍数

KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。共模抑制比2024/12/1215这个定义表明，共模抑制比愈大，差动放大器放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力也越强。例:

Ad=-200

Ac=0.1KCMRR=20lg(-200)/0.1=66dB2024/12/1216带Re的差分放大电路§2差分放大电路的静态分析直流通路2024/12/1217

直流等效电路（a）直流偏置电路；（b）直流等效电路2024/12/1218

静态分析：

如图所示，由于流过Re的电流为IE1和IE2之和，又由于电路的对称性，则IE1=IE2，流过Re的电流为2IE1。静态工作点的估算：2024/12/1219

差分放大电路的静态分析直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEICQ=

IBQ

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=2IE×(RE+RP/2)－UEE

UCE1=UCE2

=UC1－UE12024/12/1220

由于差分放大电路有两个输入端、两个输出端,所以信号的输入和输出有四种方式，这四种方式分别是双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。根据不同需要可选择不同的输入、输出方式。1.双端输入

差分放大电路的连接方式

（a）单端输出（b）双端输出

§

3差分放大电路的动态分析2024/12/1221（1）共模输入：ui1=ui2=uic，称之为共模输入信号。

共模输入差放电路–+–+iEiE1+Vcc–+–+ReRcRcRb-VEERbiE22024/12/1222–+–+iEiE1+Vcc–+–+ReRcRcRb-VEERbiE2

共模输入差放电路Rc+––+2Re

共模输入半边交流通路T1RbrbeRc+––+2Re

共模输入单端输出半边微变等效电路Rb2024/12/12231.什么是传统机械按键设计？传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。传统机械按键设计要点：1.合理的选择按键的类型，尽量选择平头类的按键，以防按键下陷。2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议留0.05~0.1mm，以防按键死键。3.要考虑成型工艺，合理计算累积公差，以防按键手感不良。传统机械按键结构层图：按键开关键PCBA共模电压放大倍数rbeRc+––+2Re

共模输入单端输出半边微变等效电路Rb以上计算结果表明：单端输出时，差放电路对共模信号的抑制是通过Re的强烈负反馈实现的；两三极管对称，放大电路的输入回路经过两管的发射结和等效电阻2Re，从输入端看进去两管所在支路并联，故

由于只取一个三极管的集电极电压变化量，放大电路的输出回路从T1管的集电极经过2024/12/1225

以上计算结果表明：双端输出时，差放电路对共模信号的抑制主要是通过电路参数的对称性实现的；在电路参数不完全对称时，通过Re的强烈负反馈作用，进一步抑制共模信号。共模电压放大倍数rbeRc+––+2Re

共模输入单端输出半边微变等效电路Rb放大电路的输出回路从两三级管的集电极经过两个,故差模输出电阻等于从两输出端看进去的等效的电阻

输入电阻2024/12/1226（2）差模输入：ui1=-ui2=uid/2，称之为差模输入信号。-VEE–+–+iEiE1+Vcc–+–+Re

共模输入差放电路RcRcRbRbiE2–+Rc+––+

差模输入的交流通路T1RbRc+––+T2Rb

差模输入的交流通路+Rc+–T1Rb–Rc+–T2Rb2024/12/1227思考题（1）为什么差放可以抑制零漂？（2）当输出端接负载电阻RL时，静态工作点和差模电压放大倍数如何？解答+Rc+–

差模输入的微变等效电路Rb–Rc+–Rbrberbe差模电压放大倍数2024/12/1228（1）为什么差放可以抑制零漂？

（2）当输出端接负载电阻RL时，差模电压放大倍数如何？

答：温度、电源电压波动等因素对差放的两个晶体管产生的零漂是相同的，相当于在差放输入端输入共模信号，而前面的分析计算表明，差放电路对共模信号有强烈的抑制作用，所以可以抑制零漂。解：在采用单端输出和双端输出时，情况有所区别，现分别进行分析和计算。iEiE1+Vcc–+–+Re

差分放大电路的组成RcRcRbT2T1–+-VEERbiE22024/12/1229（1）单端输出2024/12/1230（2）双端输出2024/12/12312.单端输入

(a)单端输出

(b)双端输出

前面我们已经介绍了双入双出和双入单出两种接法。输入信号除了可以接在差放电路的两个输入端之间，还可以单端输入，输出也可以采用单端和双端两种形式，从而构成单入双出和单入单出两种接法。+Vcc–+–+Re

单端输入方式RcRcRbT2T1-VEERb2024/12/1232

单端输入可以等效为图所示输入方式：既有差模输入信号uI，又有共模输入信号ui/2；输出电压既包括差模信号，又包括共模信号。单入单出、单入双出情况下的静态分析和差模信号的分析对应于双入单出、双入双出时的情况，没有差别。

对共模信号而言，单入双出在理想情况下，其共模信号完全被抑制，可以等效为双入双出的情况；但在电路参数不完全一致时，存在共模双出电压。而单入单出就一定存在共模输出电压，共模电压放大倍数的计算与双入单出相同。+Vcc–+Re

单端输入方式RcRcRbT2T1-VEERb+ui/2-+ui/2-+ui/2-+-ui/2-2024/12/1233

单端输入单端输出

单端输入单端输出的接法，信号只从一只管子的基极与地之间接入，输出信号从一只管子的集电极与地之间输出，输出电压只有双端输出的一半，电压放大倍数Ad也只有双端输出时的一半。式中输入电阻输出电阻2024/12/1234

从几种电路的接法来看，只有输出方式对差模放大倍数和输入、输出电阻有影响，不论哪一种输入方式，只要是双端输出，其差模放大倍数就等于单管放大倍数，单端输出差模电压放大倍数为双端输出的一半。2024/12/1235+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2

例：已知：β=50，UBE=0.7V，输入电压ui1=7mV，ui2=3mV。(1)计算放大电路的静态值IB、IC和各电极的电位VE、VC、VB；(2)把输入电压分解为共模分量uic1

、uic1和差模分量uid1、uid1

；(3)求单端共模输出uoc1和uoc2

；(4)求单端差模输出uod1

和uod2

；(5)求单端总输出uo1

和uo2

；(6)求双端共模输出uoc、双端差模输出uod和双端总输出uo。2024/12/1236解：（1）单管直流通路为+UCC/6VRC/5.1kΩRB/10kΩRE/5.1kΩ-EE/-6V2024/12/1237uic1RC/5.1kΩRB/10kΩ+–uoc1RE/5.1kΩ+–解：（2）输入信号分解为（3）单管共模信号通道为rbeRBRCEBC+-+-RE2024/12/1238解：rbeRBRCEBC+-+-RE2024/12/1239解：（4）单管差模信号通道为uid1RC/5.1kΩRB/10kΩ+–uod1+–rbeRBRCEBC+-+-2024/12/1240解：2024/12/1241+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2如果改为单端输入呢？2024/12/1242+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/1