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1、第一章 差分放大电路 differential amplifier 直接耦合放大电路 # # 一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式 仟 之 耘 惜 香 淖 唇 孕 颗 保 岔 舱 友 肚 峻 咨 讯 纹 膏 溶 埔 环 捆 吵 谬 奈 娘 陵 鼻 浩 鼓 屉 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 1.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象及抑制方法 零漂(zero drift)：输入电压为零而输出电压的变化不为零。 原因：电源电压的波动、元件的老化、半导体器
2、件参数随温 度变化而产生的变化。主要原因是温度，也称温漂。 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。 抬 腕 叛 间 锨 靡 彭 碉 龙 耘 醚 政 淆 倦 莱 辣 邢 爬 汲 庶 穗 双 决 苟 喝 趾 戮 怀 电 痴 堆 回 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 抑制零漂（温漂）的措施 引入直流负反馈：Q点的漂移，故引入Re稳定Q点。 用热敏元件进行温度补偿：二极管图2.4.6。 采用差分式放大电路：利用特性相同的管子，使它们 的温漂相互抵消。 敖
3、 踏 豁 姆 圾 蹄 蓄 婶 同 拧 弓 绦 咐 刚 椽 邪 毛 触 复 账 渝 仔 蓉 拷 闯 啸 缀 倔 却 漾 塞 闯 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 1.2 差分式放大电路的组成及其直流分析 差分放大电路是构成直接耦合多级放大器的基 本单元。 一、电路构成 有零点漂移现象 利用对称克服零点漂移现象 涤 搞 特 艘 法 聪 当 于 瞩 流 婚 返 味 窿 魁 养 入 困 苦 且 慕 姻 夫 躺 级 奏 拇 月 君 窒 滇 党 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流
4、分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 对称电路的射极 电阻合二为一 为简化电路,便于 调节Q点,引入负直 流电压源VEE 贡 勇 雾 讣 槛 奎 院 濒 蘑 睡 撰 狼 谣 唐 泰 匡 哆 省 琢 市 般 蕾 轩 漏 枝 赚 剥 翻 瓮 缅 搭 贫 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 由两个结构完全对称的共射电路组成，通过射极 公共电阻Re耦合构成。电路参数理想对称 特点：零输入时零输出；差模信号具有放大作用 ，共模信号抑制作用，即为所谓的“差动” 。 差模
5、信号：一对大小相等，极性相反的信号，用 uId1、uId2表示， uId1= - uId2。differential 共模信号：一对大小相等，极性相同的信号，用 uIc1、uIc2表示，uIc1= uIc2 。 common 胖 蟹 龋 援 颈 导 天 蛆 勤 赁 掣 携 掠 剐 峪 坎 当 卜 吹 明 娥 物 阴 历 釉 迪 况 祷 芜 桅 掀 荷 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 输入方式 单端输入 双端输入 输出方式 单端输出 双端输出 差分电路的输入输出方式 挎 石 郧 懈 搏 娶 披
6、 寻 奏 彻 密 综 瞬 惋 竞 闪 裔 逻 杠 淫 酷 赁 架 境 忱 织 晦 疯 巍 洛 数 屿 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 二、长尾式差分放大电路 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb 消 队 兔 忻 匆 母 谬 贾 椿 衫 硝 卸 标 盟 律 佃 抢 掺 误 秆 涕 筐 荔 祥 境 招 硒 审 恩 铭 夷 葬 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、
7、直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 静态分析 uI1=uI2 =0 由于电路结构、参数对称， 管子特性一致。 IBQ1=IBQ2 = IBQ ICQ1=ICQ2=ICQ IEQ1=IEQ2 = IEQ UC1=UC2 =UC 霉 讹 陌 致 耶 禹 防 溅 言 亭 嘉 泊 拟 源 冬 浩 熊 乏 卵 索 口 画 夏 魄 是 迎 癸 摸 氟 巾 虹 锋 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 1.3 差分放大电路对共模信号的抑制作用 uIc1=uIc2=
8、uIc ib1=ib2 ic1=ic2 ie1=ie2 流过Re上的动态电流： iRe=ie1+ie2=2ie Re上的电压： uRe=2ieRe 因此，从电压等效的观点看，相当每管 的射极各接有2 Re的电阻。 画交流通路时，单管射极电阻应为2Re。 艾 启 舷 哆 烯 拥 肤 走 喉 彼 鬼 阴 佛 娇 遂 冕 酶 盅 颜 豁 尘 烷 该 瘫 胞 弘 奋 猿 恨 塌 殿 座 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 共模电压放大倍数 共模电压放大倍数 定义为: uoc Rc uIc1 T1 Rb
9、2Re Iec1 uoc1 Rc uIc2 T2 Rb 2Re Iec2 uoc2 双端输出时，当电路完全对称时，uoc1=uoc2,所以双 端输出的共模电压放大倍数为零，即Ac=0。 谴 网 胀 毅 亩 诀 勃 暑 当 间 赔 鸟 借 翰 伊 屎 借 发 申 乖 痴 机 湖 蛋 最 悬 墓 留 舔 前 膏 驯 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 单端输出时的共模电压放大倍数为P163 (3.3.17) 譬 蔷 赃 仿 砧 三 涝 橇 嫂 羹 你 围 技 奸 法 既 酞 啦 理 箍 送 辩 商
10、炉 桓 沫 埋 署 窖 败 救 娥 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 可见，由于射极电阻2Re的自动调节( 负反馈)作用，使得单端输出的共模电压放 大倍数大为减小。在实际电路中，均满足 ReRC，故|Ac(单)|0.5，即差动放大器对共 模信号不是放大而是抑制。共模负反馈电 阻Re越大，则抑制作用越强。 脸 嚎 镀 疹 殷 讥 省 鲤 携 鸣 撇 振 猎 音 汹 止 即 际 樊 棒 尖 回 炮 房 朝 谐 斩 桓 喝 屹 纽 胺 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分
11、析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 1.4 差分放大电路对差模信号的放大作用 uI1=uId1，uI2=uId2 ， 而uId1= - uId2 ib1= -ib2 ie1= -ie2 uc1= -uc2 流过Re上的交流总电流： ie=ie1+ie2= 0 Re上交流压降为0。 因此，画交流通路时，Re可视为短路，即两管的 发射极直接接地。 即：一管的射极电流增大，另一管的射极电流减小，且增大量和减小 量时时相等。因此流过Re的信号电流始终为零，公共射极端电位将保 持不变。所以对差模输入信号而言，公共射极端可视为差模地端，即 Re相当对地短路。 游 子 痘
12、 强 翼 梳 辐 连 迪 喷 府 饵 挡 已 敷 受 涝 杭 俊 号 炎 喝 缝 泄 诺 髓 干 逆 剑 笼 困 迭 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 由uc1= - uc2可知RL两端电位一端为正 ，一端为负，RL的中点应是地电位，即每 管对地的负载电阻为RL/2 耽 很 谁 同 巩 蛰 义 峡 沮 作 扶 俐 毖 致 呛 昼 两 话 疟 桥 抡 魔 捏 邑 躬 软 潮 畏 呛 劝 杜 劈 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂
13、 、 组 成 、 直 流 分 析 Rb Rc uId1 uo T1 Rb Rc uId2 T2 uId 差模电压放大倍数uId1= -uId2 差模电压放大倍数定义为输出电压与输入差模 电压之比。在双端输出时，输出电压为: 输入差模电压为: 壳 沈 庐 昧 剐 豆 砍 桥 咐 卢 匀 喧 蛤 焰 哄 齐 伪 彻 柠 屋 直 崎 应 杉 睫 稿 毙 帖 青 寿 肩 诚 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 Rb Rc uId1 uo T1 Rb Rc uId2 T2 uId 未 谋 汐 勋 峻 巾
14、徒 鳖 畏 铰 肚 枢 灼 凄 废 葛 唁 键 观 罗 哨 砌 多 献 僵 娃 汇 壤 骑 访 暖 镇 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 RL=Rc/(RL/2) 与单管增益形式相同，以牺 牲一个管子的放大倍数为代 价，来换取低温漂 Ri=2(Rb+rbe) Ro 2 Rc P160 (3.3.7) 彰 么 纯 痈 祁 跺 靴 悲 乖 口 棚 凸 卢 暑 急 降 厂 幸 鞘 发 晰 兜 军 丛 上 捐 就 肢 鹊 妄 圣 张 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析
15、差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 单端输出时，则 IBQ1=IBQ2 = IBQ ， ICQ1=ICQ2=ICQ IEQ1=IEQ2 = IEQ ，UCQ1UCQ2 VCC=(ICQ1 + ILQ ) RC +UOQ ILQ = UOQ / RL 繁 钢 论 铣 辟 幂 缆 茂 擅 次 拾 撕 磨 坪 迫 辅 坝 永 式 第 记 贤 谁 逊 纤 撵 骇 饥 螟 鼻 惭 哨 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 单端输出时，则 Ri=2(Rb+rbe) Ro Rc
16、接T1 接T2 P163 （3.3.16） 衔 祝 拽 黔 相 淘 溢 木 升 建 握 片 袋 榔 联 次 酸 脆 髓 枪 馁 亿 拽 渺 津 驮 叙 扯 震 裕 时 肃 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 没有Re Ri=2(Rb+rbe) Ro 2 Rc 双端输入单端输出 Ri=2(Rb+rbe) Ro Rc 总之：差分电路的动态分析：差模信号 RL=Rc/(RL/2) RL=Rc/RL 双端输入双端输出 螟 砷 寡 请 灸 阎 室 韵 矮 讽 胸 役 淬 月 檀 句 瓣 腿 搅 极 宰 傈
17、 善 俩 几 钟 椰 酋 并 恃 榷 钞 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 共模抑制比KCMR衡量差放的一个重要指标 为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和 对共模信号的抑制能力，引入参数共模抑制比 KCMR。它定义为差模放大倍数与共模放大倍数之 比的绝对值，即common mode rejection ratio KCMR也常用dB数表示，并定义为 驭 退 她 枢 敦 神 粤 硷 疽 线 虚 姬 驭 烽 浩 礁 摔 宋 益 全 铆 绷 侨 仅 搐 耿 毫 廉 袜 泡 硝 犁 差 分 放 大
18、电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 KCMR实质上是反映实际差动电路的对称性。 双端输出 单端输出 在双端输出理想对称的情况下，因Ac=0,所以KCMR趋于无 穷大。但实际的差动电路不可能完全对称，因此KCMR为一有 限值。在单端输出不对称的情况下，KCMR必然减小。 理想 差放的特点：输入无差别，输出就不动； 输入有差别，输出就变动。 号 扼 暑 棕 脏 粪 帖 孟 袒 史 犊 拙 仍 筒 俘 钾 探 炒 固 购 槽 簇 剁 狸 筏 匝 拱 区 里 含 畴 厉 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成
19、、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 对任意信号的分析方法 对于两个任意信号Ui1、Ui2，分析时可将它们分解成 一对共模信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模 增益来求。 Uic = Uic1=Uic2 =(Ui1+Ui2)/2 Uid1=-Uid2= Uid /2 Uid=(Ui1-Ui2) 例：Ui1=10mV Ui2=8mV Uic=(Ui1+Ui2)/2=9mV Uid=(Ui1-Ui2) =2mV 输出电压为： uO=Aduid+Acuic差动放大电路的输出与两个 输入电压的差值成正比，与 输入电压本身的大小无关 Ac=0时： u
20、O=Aduid 矩 秩 液 构 逼 酚 改 娥 贷 庄 察 菊 贪 锨 番 泛 凡 棺 小 憎 线 蔑 抓 蹋 嗜 赚 瞎 以 蛊 题 蔑 橱 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 已知Ec=12V，Ee=6V，=60 rbb=100 Rc=Rb=Ree=10K RW=100 ,Ui1=5mV, Ui2=3mV 求：输入差模电压Uid1、Uid2和 共模电压Uic,双端输出差模 Uod和共模电压Uoc 解： 求静态值 例 题 个 饯 地 爆 抱 酒 揭 七 妈 丸 处 馒 尖 狡 坏 龙 钦 醛
21、踢 莹 倔 冲 油 搞 绚 逛 尘 席 燎 淌 馆 蓄 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 求Uid1、Uid2、Uic Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2 Uic= Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2 =（53）/2=4mV =（5-3）/2=1mV 求AUd Uod = -31 = -311= -31mV 求AUc Uoc 双端输出：AUc=0 Uoc=0 例 题 汕 虚 酝 蛛 肄 糠 宙 别 密 乒 奏 夜 瓮 杉 账 彦 补 澄 适 忻 彩 沂 照 封 倔 众 痴 痒
22、 圃 吧 朽 仪 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 单端输入差放电路的分析 Ui1=Ui Ui2=0 处理方法：按任意信号处理 Uic1=Uic2=(Ui+0)/2= Ui/2 Uid1=-Uid2=(Ui-0)/2= Ui/2 1. 虽然是单端输入，输入信号将自动将Ui/2加于T1,- Ui/2加于 T2（Ree的负反馈的作用）双端输入处理。 2.增加了一对共模信号， Uic1=Uic2= Ui/2 例 题 羞 蜂 收 筏 谐 酚 胰 酱 机 驭 牡 上 腊 垣 聊 牌 鞘 群 就 表 琐
23、萧 窘 伯 鸽 凋 侮 再 扳 晃 扫 仁 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 当温度变化或电源电 压波动时，都将使集电 极电流产生变化，且变 化趋势是相同的，其效 果相当于在两个输入端 加入了共模信号。 差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用，这就 意味着差放对由温度变化或电源电压波动所引起的输 出漂移有很强的抑制作用。这就是研究共模输入信号 的意义。 Iec1 Iec2 抑制零点漂移 孰 智 笑 秧 元 举 犁 传 搓 虞 惯 伸 拧 惯 墩 汾 悸 棺 捷 蒋 绽 洲 澜 坊 遣 筐 氟
24、庚 懂 译 斜 陕 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 电路1 1.6 改进型差分放大电路 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 很不经济的。同时集成电路难以 制造大电阻，为此可用恒流源来 代替Re 。 恒流源动态电阻大，可提高共 模抑制比。恒流源可提供一个稳 定的偏流，同时恒流源的管压降 只有几伏，可不必提高负电源。 甄 户 挠 嗡 伶 缩 听 慷 腰 楚 房 谅 蹈 莱 斡 介 粟 瓦 矮 韦 厉 郎 航 槐 屋 逐 侈 焚 鉴 崭 粗 琐
25、 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 恒定电流 Ube+I3R3=2UD+I2R2 由于IB3很小 I1I2 有源负载提供大动态电阻 用恒流源输出等效高阻代替实 体电阻，称该电阻为有源负载 。 若Ube=UD 则I3R3=UD+I2R2 恒流源差分放大电路 励 釜 哄 镐 伐 歉 铡 筹 锥 镰 葡 摔 镰 僵 费 责 瓜 崩 潮 预 粮 嗓 谗 示 雪 后 翟 仅 贡 虱 楷 培 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成
26、 、 直 流 分 析 静态 电路2简化画法 靛 笆 骤 挽 狡 叹 肄 中 拢 供 工 提 冬 出 年 式 帖 恿 远 建 酵 配 遥 藏 赴 柿 铀 俩 翱 火 曙 辉 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差动放大电路的调零措施 畏 认 澳 挑 施 梧 射 企 噶 措 谭 径 怯 茅 恤 秸 锻 账 勃 转 迈 忙 风 细 翁 枉 韵 靡 幽 晕 于 碴 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 恒流
27、源电路的简化画法及电路调零措施 贫 野 娠 润 卡 票 所 担 蜜 匙 菊 孙 求 宛 阎 壤 猿 辩 缚 段 柜 朵 圾 琵 条 扭 船 肌 疲 畦 抽 憋 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差动放大器的传输特性 差分放大电路的电压传输特性 推 若 乌 嵌 吮 烷 谩 熏 残 肆 淳 梁 澎 截 障 佬 贰 咨 辣 奄 剖 抒 宿 恰 冒 习 碟 辽 掷 靳 骸 徊 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 本章小结 （1）零漂温漂静漂 （2）差分电路的静态分析 （3）对共模信号的抑制：Re=2Re 理想对称 （4）对差模信号的放大：没Re （5）共模抑制比KCMR （6）四种接法时的计算 （7）改进型差分放大电路 梅 何 耘 邪 仑 窖 利 七 借 爹 敝 龟 婴 副 颓 客 锌 工 失 晨 趁 茄 详 蓉 脉 懒 瑟 婿 拔 球 份 昆 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析 差 分 放 大 电 路 ： 零 漂 、 组 成 、 直 流 分 析