第12章-6差分放大电路

第12章放大电路的建模与分析21.集成运放概述2.集成运放中的电流源3.差分放大电路分析4.集成运放电路形式5.集成运放的主要性能指标12.6-1集成运放概述•集成运算放大器是非常重要的一种线性集成电路，它的应用十分广泛。它用在模拟信号的运算、放大、检测、变换、处理、信号产生等等。•集成运算放大器是通过半导体集成工艺制成的一种高增益直接耦合式多级放大器。uA741通用高增益运算通用放大器一、集成运放的典型结构运放的典型电路通常有三级放大电路组成运放输入级：—差分放大（差动放大器）电路该级要求有低温漂，高共模抑制比和高输入电阻特性。中间放大级：通常采用CE(CS)放大电路运算放大器的增益主要由这一级承担，所以这一级要有很高的电压增益。输出级—采用互补对称式射极跟随器结构输出级要求能驱动较大的负载，有一定的输出电流和输出电压，因此，对该级要求具有低输出电阻。二、集成运放的主要特点1﹒高增益、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合线性放大器;2﹒采用微电流源作为偏置电路以降低功耗，放大电路负载采用有源负载以提高电压增益。3﹒在理想条件下，集成运算放大器可以看成一个电压控制电压源（一般工程分析）。（a）理想运放（b）实际运放反相输入:输出信号与该端输入信号反相位；同相输入:输出信号与该端输入信号同相位；三、集成运放的电路符号在低频小信号的条件下运算放大器可用下面电路等效低频小信号模型Rid→∞Rod→0Aod→∞在理想条件下有：12.6-2集成运放中的电流源一、基本镜像电流源T1、T2两管的参数和特性完全一致，电流放大倍数均为β。电阻RREF用来确定参考电流的IREF大小CCBEREFREFVVIRT1管工作在临界饱和状态。而T2管工作在放大状态。IL＝IC2＝IC1＝IREF-2IB≈IREF。输出电流IL与负载RL无关，与IREF存在近似的“镜像”关系，电路称为镜像电流源（恒流源电路）。EBBBIIII1121ECCCIIII121EBCREFIIII1221111212/CRLEREFEFIIIII当三极管的β≥50时，基本镜像电流源输出电流IL与参考电流IREF的误差＜5%。电流IL与参考电流IREF的关系计算当β≥50时，输出电流IL与参考电流IREF的相对误差小于0.1%二、跟随型镜像电流源电路减少输出电流IL与参考电流IREF的相对误差23222BLCBIIII13322(1)REFCBLBLIIIIII镜像电流源用作负载（电阻）2CceRr等效电阻大集成电路易实现！三、多路电流源电路当参考电流IREF确定后，在各支路串入不同的射极电阻，可得到不同的输出电流。333222111eEBEeEBEeEBEeEBERIVRIVRIVRIV332211eEeEeEeERIRIRIRI332211eCeCeCeREFRIRIRIRI差分放大器为克服直接耦合放大器的零点漂移而推出。是集成运算放大器十分重要的一级。12.6-3差分（动）放大电路一、差分放大电路的基本形式和工作原理电路由二个参数和特性完全对称的晶体三极管组成，电路的其它元件也对称。T1、T2都是共射放大器，发射极连接在一起后经电阻接到负电源。电路由二组对称电源供电。1.差分放大电路一般有两个输入端：双端输入——从两输入端同时加信号。单端输入——仅从一个输入端对地加信号。2.差分放大电路可以有两个输出端。双端输出——从C1和C2输出。单端输出——从C1或C2对地输出。几个基本概念-++-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRc－cV+i2u－ui1uo13.差模信号与共模信号idi1i2=uuu差模信号：)(21=i2i1icuuu共模信号：idodud=uuA差模电压增益：icocuc=uuA共模电压增益：ucudCMR=AAK共模抑制比-++-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRc－cV+i2u－ui1uo1总输出电压：icucidudocodo=uAuAuuui1=5.01uVi2=4.99Vu差模电压增益：odudid=100uAu共模电压增益：ocucic=0.01uAuidi1i20.02=Vuuu差模电压:共模电压：ici1i21=()52uuuV输入信号可分解为一对共模信号和一对差模信号后分别计算总输出电压：oodocudiducic=2.05uuuAuAuV差分放大器对反映变化部分的差模信号能实现再放大，而对反映环境条件或外界干扰的公共信号（即共模信号）加以限止或抑制。1.克服零点漂移；2.零输入零输出；3.抑制共模信号；4.放大差模信号。差分放大器特点：1、直流分析输入信号为零，二个基极接地。因电路参数是对称的，所以：120OQOQOQVVV0.7EBEVVV()0.7V22EEEEECEeeVVVIIRRCCCIII21EEEIII21EEEIIII221ReCCQCCQoQoRIVVV21由于电路结构对称，元件参数和特性相同，因而温度变化时VC1Q、VC2Q始终相等，使VOQ＝0，从而有效地抑制了温漂和零点漂移。若Rc1≠Rc2，则ICQ和VCQ是否相等？（1）对差模信号的放大能力①端和②端的信号为大小相等，而极性相反。122IdIIvvv0ICv差模信号分别加在①端和②端的方式称双端输入方式。2、动态分析单端差模信号：共模信号：差模信号时的交流通路差模信号时的交流通路EI不变差模信号低频小信号等效电路与放大系数计算221IdIIvvvbeIdbeIBBrvrvII2121低频小信号等效电路1112OCcBccbIdcviRiRRvr2222OCcBccbIdcviRiRRvr12OdOdOIdcbcvvRrvv放大系数（双端输入双端输出方式）IdOcbcvvRr共模信号时的交流通路由于共模信号相位相同，有：12CCii1212ECCCiiii（2）对共模信号的放大能力IcIIvvv21共模信号放大系数计算共模信号由于电路左右完全对称，取单边计算单边电路为共射带电路。eRebeIcBBRrvII)1(221ebeIcccCOcORrvRRivv)1(211021OOOCOvvvv0OcvcIcvAv放大系数：Avc在一定程度上反映差分放大电路抑制共模干扰和温漂的能力，Avc越小，则抑制温漂能力越强。定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。vdCMRvcAKA用分贝表示：(dB)lg20vcvdCMRAAK共模抑制比KCMR差分放大电路的动态参数：差分放大系数：Ad输入电阻：Ri输出电阻：Ro共模放大系数：Ac共模抑制比：KCMR根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：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。1.双端输入双端输出：IdOddcbcRrAvv差模放大系数：差模输入电阻：2beiRr差模输出电阻：2CoRR共模放大系数：0OcvcIcvAv12(1)IccObeeRvrRv2.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析cLdbbe()12oiuuRRARr∥ibbe2()RRrocRRbebLcd)(21rRRRA∥ebebLcc)1(2)(RrRRRA∥bebebebCMR)1(2rRRrRK2.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析有共模信号输出！3.单端输入双端输出输入信号分解为差模信号和共模信号beLcd)2//(rRRRAbu0ucAbeid2rRRbco2RR单端输入时的电压放大倍数与差模输入（双端输入）时的电压放大倍数近似相同。cLdbe//2ubRRARrbeid2rRRbcoRRcLce()2RRAR∥4.单端输入单端输出为提高共模抑制比，增大ebecIcOcvcRrRvvA)1(211引入恒流源概念！eR实际电流源偏置电路3333β1oecebeRRrrR【例1】已知某差分放大电路的两个输入端①端和②端分别加入ΔvI1=5.01V、ΔvI2=4.99V，的信号电压，其电路的差模电压增益Avd＝-80，共模电压增益为Avc＝-0.01，试求ΔvO＝？电路的差模信号为：两端输入信号之差V02.0V99.4V01.521IIdIvvv电路的共模信号为：两端输入信号之平均值V0.52V99.4V01.5221IIcIvvvV65.1V05.0V6.1V0.5)01.0(V02.080IcvcIdvdOvAvAv差分放大器的输出电压有：【例2】差分放大电路如图所示，已知=80，rbe=2k。求该电路的差模电压放大倍数Avd、差模输入电阻Ri和输出电阻Ro。注意：电阻串入射极回路，放大倍数计算相当于有电阻的共射放大电路。eReR22(1)80566.128(110.2205)OdvdIdBcBbecbeeCcBbeeCeBvAviRiriRrRRiRiriRkRrivRebeIdIdid1.12)05.0812(2)1(2''0210LIdOoROvcvRiRk【例3】电路如图所示，已知β=80，rbb′=100Ω，Rw在中间位置，RL=50k,求：1.,;2.,,;3.CQOQvdidoCMRIVARRK4.若ΔvI1=16mV，ΔvI2=10mV，求ΔvO1。双入单出解：(1)静态分析：220wBQbBEEQEQeEERIRVIIRV120.750.1257810.1mA212EEBECQEQbweVVIIRRRV5.3251.0V12505050)//(LcCQCCLcLOQRRIVRRRV(2)求Avd、Ri和Ro；'(1)26100810.121.2kTbebbEQVrrI80(50//50)29.22(521.2810.1)(//)12(1)/2OdcLvdIdbbewvRRAvRrR双入单出[(1)/2]2(521.2810.1)68.26kidbbewRRrRk50coRR双入单出(3)求共模抑制比KCMR；216.00.1)572(812.2152580)22/)(1()//(ewbebLcIcOcvcRRrRRRvvA42.6dB)(135216.02.29即vcvdCMRAAK双入单出(4)若ΔvI1=16mV，ΔvI2=10mV，则mV621IIIdvvvmV13221IIIcvvv29.26mV(0.216)13mV-178mVOvdIdvcIcvAvAv注意相位！若把接在端,输出电压?LR2T（1）T1、T2差分放大电路，T3为CC放大电路，T4电流源。（2）4123502015050//150.71.57mA37.5251BEEVVIRRR79.01CImA【例4】在图示电路中，三极管的均为50，VBE=0.7V,rbe=2kΩ。（1）分析电路中各三极管电路的作用和功能。（2）当VI=0时，输出静态电压VO=0，求出IC1、IB3和Rc的值。（3）求差模增益、