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1、差分放大电路,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。,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。,1.1 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。,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。,有时会将信号淹没,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，
2、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。,有时会将信号淹没,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。,3、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。 （
3、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。,1.3 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。,1、差分放大电路的结构,1、差分放大电路的结构,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；,2、 抑制零漂的原理,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
4、有温漂。,3.信号输入,(2)差模(differential mode)输入,ui1 = -ui2= uid,(1)共模( common mode) 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。,(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
5、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 = 20 mV , ui2 = 10 mV,则：ud = 5mV , uc = 15mV,(3) 比较输入,ui1 、ui2 大小和极性是任意的。,例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV,ui2 = 8 mV 2 mV,例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV,可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV,ui2 = 18 mV
6、 2 mV,可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV,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。,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 uid uo= uo1 uo2=2 Ad 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
7、强。,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Uo0，Ac0，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,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=0.1 KCMRR=20 lg
8、(-200)/0.1 =66 dB,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,直流等效电路 （a） 直流偏置电路；（b） 直流等效电路,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：,ICQ= IBQ,UC1= UC2= UCCICRC,UE1= UE2 =2IE(RE+RP/2)UEE,UCE1= UCE2 = UC1UE1,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
9、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,（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,共模输入差放电路,共模电压放大倍数,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,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
10、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,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,（2）差模输入：ui1= -ui2= uid/2，称之为差模输入信号。,差模输入的交流通路,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,差模电压放大倍数,（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
11、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。,（1）单端输出,（2）双端输出,2. 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。,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
12、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。,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, 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，
13、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。,例：,已知：=50，UBE = 0.7V，输入电压 ui1 = 7mV，ui2 = 3 mV。,(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。,解：,（1）单管直流通路为,解：,（2）输入信号分解
14、为,（3）单管共模信号通道为,解：,解：,（4）单管差模信号通道为,解：,如果改为单端 输入呢？,可把单端输入看作双端输入,此时的uo1与ui 反相，为反相输出端，uo2与ui 同相，为同相输出端。,4 恒流源式差放电路,电路结构:,1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。,2. 恒流源不影响差模放大倍数。,3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。,恒流源的作用,差放电路的几种接法,双端输入双端输出：,Ad = Ad1,双端输入单端输出：,单端输出：,对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。,ud = 0.5ui , uc = 0,ud = 0.5ui , uc = 0.5ui,