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差分放大电路

差分放大电路

差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用,有效地稳定静态工作点,以放大差模信号抑制共模信号为显著特征,广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐,特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法,难以理解,因而一直是模拟电子技术中的难点。差分放大电路:按输入输出方式分:有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分:有典型电路和射极带恒流源的电路两种。

基本差分式放大器如图所示。 图中 T1,T2是特性 的晶体管,电路对称,参数也对称。如:V BE1 =V BE2 ,Rc1=R c2 =R c ,R b1 =R b2 = R b ,β1 =β2 =β。电路有两个输入端和两个输出端。

差分放大电路

(a)射极偏置差放 (b)电流源偏置差放
差放有两个输入端子和两个输出端子,因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时,信号同时加到两输入端;单端输入时,信号加到一个输入端与地之间,另一个输入端接地。双端输出时,信号取于两输出端之间;单端输出时,信号取于一个输出端到地之间。因此,差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
(a) 电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻,或称射极耦合电阻,它实际上就是在工作点稳定电路中旨入的射极电阻,只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个 Re,所以经它的作用是稳定静态工作点,对零漂做进一步的仰制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替,以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源 -VEE用来补偿射极电阻Re两端的直流压降,以避免采用电压过高的单一正电源+VCC,并可扩大输出电压范围,使两基极的静态电位为零,基极电阻Rb通常为外接元件,也可不用,其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻,RL为外接负载电阻。

差分放大电路工作原理

(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。

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)干扰信号(通常是同时作用于输入端);
(2)vi1 不等于 -vi2,信号中含有共模信号;
(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。

差分放大电路的参数计算

(1)静态工作点的估算

I C1 =I C2 =I c =I O /2

V C1 =V C2 =V cc -I c R c

I B1 =I B2 =I c /β=I B =I/2β

(2)差摸电压增益和输入、输出

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: v i1 =-v i2 =v id /2,则i C1 上升时,i C2 下降。

若电路完全对称时,则△i C1 =△i C2 , 因为I O 不变,因此v e =0。负载在电路完全对称,双入双出的 下,A VD =A V1 ,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R i :从两个输入端看进去的等效电阻R i =2r be

差模输出电阻R 0 :从两个输出端看进去的等效电阻R 0 =2R C  R 0 , R i 是单管的两倍。

(3)共模电压增益

① 双端输出的A VC 。

因为v i1 =v i2 ,此时变化量相等,即v C1 =v C2 ,因此

实际上,电路完全对称是不容易的,但即使这样,A VC 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A VC

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i e 。v e =2i e R e ,这相当于每个BJT的发射极分别接2R e 电阻。

差分放大电路图:

差分放大电路
差分放大电路图一

差分放大电路
差分放大电路图二

差分放大电路
差分放大电路图三

本文链接:http://baike.cntronics.com/abc/1149

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