差分式放大电路

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差分式放大电路 [复制链接]

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差分式放大电路

基本概念： 　　 　　图6.7表示一个线性放大器，它有两个输入端， 分别接有信号vi1和vi2；输出端的信号为vo。在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压可表示为 　　式中AVD是差分放大器的差模电压增益。可见电路的两个输入端所共有的任何信号对输出电压都不会有影响。但在一般情况下， 实际的输出电压不仅取决于两个输入信号的差模信号vid，而且还与两个输入信号的共模信号vic有关，它们分别是 　　　　　 　 　　当用差模信号和共模信号表示两个输入信号时，有 　 　 　　　 　　在差模信号和共模信号同时存在时，对于线性放大器而言， 可以利用叠加原理来求出总的输出电压，即　 　　式中 为差模电压放大倍数， 称为共模电压放大倍数。 一、基本差分放大电路 　　　　　　　　　　　　　 1. 基本电路 　　　 　 　　基本差动式放大器如图6.8所示。 图中 T1,T2 是特性相同的晶体管，电路对称,参数也对称。如：VBE1=VBE2,Rc1=Rc2=Rc, Rb1=Rb2= Rb,β1=β2=β。电路有两个输入端和两个输出端。 2. 工作原理 　　（1）当vi1=vi2=0时，即静态时，由于电路完全对称：Ic1 = Ic2= I0/2, Rc1Ic1 = Rc2Ic2，Vo = Vc1-Vc2 = 0 即输入为0时,输出也为0。 　　（2）加入差模信号时，即vs1=-vs2=vsd/2，从电路看vB1增大使得iB1增大,使ic1增大,使得vc1减小vB2减小使得iB2减小,又使得ic2减小， 使得vc2增大.由此可推出：vo=vc1 - vc2=2vc1，每个变化量v不等于0,所以有信号输出。 　　若在输入端加共模信号,即vs1=vs2， 由于电路的对称性和恒流源偏置,理想情况下vo=0，无输出。 　　这就是所谓"差动"的意思；即两个输入端之间有差别， 输出端才有变动。 3、抑制零点漂移的原理 　　在差分电路中，无论是温度的变化， 还是电流源的波动都会引起两个三极管的iC及vC的变化。 这个效果相当于在两个输入端加入了共模信号，在理想情况下， vo不变，从而抑制了零漂。凡是对差放两管基极作用相同的信号都是共模信号。常见的有： （1）vi1 不等于 -vi2，信号中含有共模信号； （2）干扰信号(通常是同时作用于输入端)； （3）零漂。 　　实际情况下，要做到两管完全对称和理想恒流源是比较困难的，但输出漂移电压也将大为减小。综上分析，放大差模信号，抑制共模信号是差放的基本特征。 通常情况下， 我们感兴趣的是差模输入信号，对于这部分有用信号，希望得到尽可能大的放大倍数；而共模输入信号可能反映由于温度变化产生的漂移信号或随输入信号一起进入放大电路的某种干扰信号。对于这样的共模输入信号我们希望尽量地加以抑制，不予放大传送。 4、主要技术指标的计算 　　　 （1）静态工作点的估算 　　 IC1=IC2=Ic=IO/2 　　 VC1=VC2=Vcc-IcRc 　　 IB1=IB2=Ic/β=IB=I/2β （2）差摸电压增益和输入、输出电阻 　　差放电路有两个输入端和两个输出端。同样， 输出也分双端输出和单端输出方式。组合起来,有四种连接方式：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。 　　　　 （a）双入双出电路　　　　　　　　　　　　　　　　 　　差模输入： vi1=-vi2=vid/2，则iC1上升时, iC2下降。 　　若电路完全对称时，则△iC1=△iC2，因为IO不变， 因此ve=0，电路可以用图6.9表示。 　　 　　由上面的计算可见,负载在电路完全对称,双入双出的情况下,AVD= AV1,可见该电路使用成倍的元器件换取抑制零漂的能力。 　　差模输入电阻Ri：从两个输入端看进去的等效电阻 Ri=2rbe 　　差模输出电阻R0：从两个输出端看进去的等效电阻R0=2RC R0, Ri是单管的两倍。 （b）双入单出电路 　　对于差模信号:由于另一三极管的C极没有利用， 因此V0只有双出的一半。 　　　　 　　　　 　　差模输入电阻: 由于输入回路没变,所以Ri=2rbe, 　　差模输出电阻: R0=Rc1。　　　　　　　　　　　　 （c）单端输入电路 　　对于单端输入，相当与图6.10的b2接地。当vi>0时，ic1增大，使ie1也增大，ve增大。由于T2的b极通过接地，则vBE2=0-ve= -ve，所以有vBE2减小,ic2也减小。整个过程，在单端输入vi的作用下，两个BJT的电流为ic1增大,ic2减少。所以单端输入时，差分放大的T1、T2仍然工作在差分状态。单端输入与双端输入是一致的。 小结： ① 只要是双端出，不管是单入还是双入，其AVD、Ri、Ro都是一样的。 　　 ② 只要是单端出，不管是单入还是双入，其AVD、Ri、Ro也是一样的。 　　　 （3）共模电压增益 　　　　　 ① 双端输出的AVC。 　　因为vi1=vi2，此时变化量相等，即vC1=vC2，因此 　　 　　实际上，电路完全对称是不容易的，但即使这样，AVC也很小，放大电路的抑制共模能力还是很强的。 ② 单端输出的AVC　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　对于共模信号,因为两边电流同时增大或同时减小.因此在e极处得到的是两倍的ie。ve=2ieRe,这相当于每个BJT的发射极分别接2Re电阻,如图6.11所示。(这里的Re就是恒流源交流等效电阻)因此有 　　 （4）共模抑制比KCMR KCMR是衡量差放抑制共模信号能力的一项技术指标。定义为： 　　 AVD越大,AVC越小.则共模抑制能力越强,放大器的性能越优良,所以KCMR越大越好。理想情况下：双端输出的KCMR=∞ 单端输出的共模抑制比为： 　 双端输出电路的总输出电压： 　　 单端输出电路的总输出电压： 　　 例1： 集成运放BG305的输入级如图6.12所示，各BJT的β1= β2=30，β3=β4=β5=β6=50，各BJT的VBE=0.7V，Rb=100K，Rc=50K， Rw=10K(滑动端调至中点)，Re=1K，RL即第二级的Ri为23.2K。 求：(1)该放大级的静态工点； (2)差动放大倍数AVD； 　　(3)差动输入电阻Ri，差动输电阻 Ro。 　　　 解（1）求放大级的静态工点 解（2）差动放大倍数AVD 　　 解（3）差动输入、出电阻Ri、Ro

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