第4章南昌大學低頻(差放)

1、差分放大器具有抑制差分放大器具有抑制Q點移動的作用，廣泛用于集點移動的作用，廣泛用于集成電路的輸入級，是另一類基本放大器。成電路的輸入級，是另一類基本放大器。差分放大器差分放大器電路結構電路結構 由兩完全對稱的共發(fā)電路，經(jīng)射極電阻由兩完全對稱的共發(fā)電路，經(jīng)射極電阻 REE 耦合而成。耦合而成。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLT1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL 采用正負雙電源供電：采用正負雙電源供電：VCC = | |VEE| |。 具有兩種輸出方式：雙端輸出、單端輸出。具有兩種輸出方式：雙端輸出、單端

2、輸出。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL由于電路采用正負雙電源供電，則由于電路采用正負雙電源供電，則 VBQ1 = VBQ2 = 0 估算電路估算電路 Q 點點T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令令 vi1 = vi2 = 0，畫出電路直流通路。，畫出電路直流通路。， 2EECQ2CQ1III ， EEEEBE(on)EERVVI因此因此CCQ1CCCQ2CQ1RIVVV q 差模信號差模信號和共模信號和共模信號電路性能特點電路性能特點 差模信號：指大小相等、極性相反的信號。差模信號：指大小相等、極性相反的信號。表示為表示為

3、vi1 = vi2 = vid / 2差模輸入電壓差模輸入電壓vid = vi1 vi2 共模信號：指大小相等、極性相同的信號。共模信號：指大小相等、極性相同的信號。表示為表示為 vi1 = vi2 = vic共模輸入電壓共模輸入電壓 vic = (vi1 + vi2 ) / 2 任意信號：均可分解為一對差模信號與一對共模信號任意信號：均可分解為一對差模信號與一對共模信號之代數(shù)和。之代數(shù)和。 vi1 = vic+ vid / 2vi2 = vic vid / 2即即在輸出端，輸出信號也可分解為共模信號和差模信在輸出端，輸出信號也可分解為共模信號和差模信號之和。號之和。vo1 = voc+ vo

4、d / 2vo2 = voc vod / 2即即差分放大器的差分放大器的差模性能差模性能共模輸出電壓共模輸出電壓 voc = (vo1 + vo2 ) / 2差分放大器的主要性能特點體現(xiàn)在它對差模信號和差分放大器的主要性能特點體現(xiàn)在它對差模信號和共模信號具有完全不同的放大能力。共模信號具有完全不同的放大能力。差分放大器的差分放大器的共模性能共模性能差模輸出電壓差模輸出電壓vod = vo1 vo2 q 差放半電路分析法差放半電路分析法 因電路兩邊完全對稱，因此差放分析的關鍵，就是因電路兩邊完全對稱，因此差放分析的關鍵，就是如何在差模輸入與共模輸入時，分別畫出如何在差模輸入與共模輸入時，分別畫出

5、半電路交流通半電路交流通路路。在此基礎上分析電路各項性能指標。在此基礎上分析電路各項性能指標。分析步驟：分析步驟： 差模分析差模分析畫半電路差模交流通路畫半電路差模交流通路 計算計算 Avd、Rid、Rod 。 共模分析共模分析畫半電路共模交流通路畫半電路共模交流通路 計算計算 Avc、KCMR、Ric 。 根據(jù)需要計算輸出電壓根據(jù)需要計算輸出電壓 雙端輸出：雙端輸出： 計算計算 vo 。單端輸出：單端輸出： 計算計算 vo1 、 vo2 。q 差模性能分析差模性能分析T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL 雙端輸出電路雙端輸出電路 REE 對差模視為

6、短路。對差模視為短路。iC2 = ICQ - - iciC1 = ICQ + ic因因IEE = iC1 + iC2 = 2ICQ( (不變不變) )故故RL 中點視為交流地電位，中點視為交流地電位，即每管負載為即每管負載為 RL / 2 。直流電源短路接地。直流電源短路接地。1) )半電路差模交流通路半電路差模交流通路注意：注意：關鍵在于對公共器件的處理。關鍵在于對公共器件的處理。 RC+ - -vod1+ - -vid1RL2 2T1半電路差模交流通路半電路差模交流通路 2) )差模性能指標分析差模性能指標分析iididivR 差模輸入電阻差模輸入電阻eb1i22 rRiid2id1ivv

7、 iid12iv 差模輸出電阻差模輸出電阻C1ood22RRR 差模電壓增益差模電壓增益idoddvvAv id2id1od2od1vvvv id1od122vv 1vA ebLC)2/( rRR 注意：注意：電路采用了成倍元件，但電壓增益并沒有得到電路采用了成倍元件，但電壓增益并沒有得到 提高。提高。 半電路差模交流通路半電路差模交流通路 RC+ - -vod1+ - -vid1RL2T1ii 單端輸出電路單端輸出電路 與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對 RL 的處理上。的處理上。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLiid

8、idivR eb1i22 rR不變不變C1o1odRRR idod1d1vvAv id1od12vv 21vA ebLC)/(21 rRR 減小減小減小減小d2vA RC+ - -vod1= vod+ - -vid1RLT1ii半電路差模交流通路半電路差模交流通路q 共模性能分析共模性能分析T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL 雙端輸出電路雙端輸出電路每管發(fā)射極接每管發(fā)射極接 2REE。iC2 = ICQ + iciC1 = ICQ + ic因因IEE = iC1 + iC2 = 2ICQ+ 2ic則則RL 對共模視為開路。對共模視為開路。直流電源短

9、路接地。直流電源短路接地。1) )半電路共模交流通路半電路共模交流通路因此因此 REE 上的共模電壓：上的共模電壓：2iC REE因此流過因此流過 RL 的共模電流為的共模電流為 0。半電路共模交流通路半電路共模交流通路RC+ - -voc1+ - -vic1= vicT12REE2) )共模性能指標分析共模性能指標分析iicicivR 共模輸入電阻共模輸入電阻1iR iic1iv 共模輸出電阻共模輸出電阻共模電壓增益共模電壓增益icocvvAvicoc2oc1vvv 0 電路特點電路特點)1(2EEeb Rr無意義無意義雙端輸出電路利用對稱性抑制共模信號。雙端輸出電路利用對稱性抑制共模信號。

10、利用對稱性抑制共模信號利用對稱性抑制共模信號( (溫漂溫漂) )原理：原理： CQ2CQ1IIT0)(CQ2CQ1O VVV)(CCQ1CCCQ2CQ1RIVVV 半電路共模交流通路半電路共模交流通路RC+ - -voc1+ - -vic1= vicT12REE 單端輸出電路單端輸出電路 T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對 RL 的處理上。的處理上。iicicivR 1iR )1(2EEeb Rr不變不變C1o1ocRRR icoc1c1vvAv1vA EELEEebLC2)1(2)/(R

11、RRrRR c2vA 半電路共模交流通路半電路共模交流通路RC+ -voc1=voc+ -vic1= vicT12REERL單端輸出電路特點單端輸出電路特點單端輸出電路利用單端輸出電路利用 REE 的負反的負反饋作用抑制共模信號。饋作用抑制共模信號。利用利用 REE 抑制共模信號原理：抑制共模信號原理： CQIT EQV BQI)(EQBQBEQVVV T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL CQI 一般射極電阻一般射極電阻 REE 取值較大取值較大EELc12RRAv 因此因此很小。很小。結論結論 無論電路采用何種輸出方式，差放都具有放大無論電路采用

12、何種輸出方式，差放都具有放大 差模信號、抑制共模信號的能力。差模信號、抑制共模信號的能力。差放性能指標歸納總結差放性能指標歸納總結 Rid 與電路輸入、輸出方式無關。與電路輸入、輸出方式無關。 Rod 僅與電路輸出方式有關。僅與電路輸出方式有關。 Avd 僅與電路輸出方式有關。僅與電路輸出方式有關。 Avc僅與電路輸出方式有關。僅與電路輸出方式有關。eb1id22 rRRi雙端輸出雙端輸出， 22C1oodRRR 單端輸出單端輸出C1ood1RRR 雙端輸出雙端輸出， ebL1d rRAAvv 單端輸出單端輸出， 2ebLd2d1 rRAAvv 雙端輸出雙端輸出0icovvAvc單端輸出單端輸

13、出1icoc1c2c1vvvAvvAA EEL2RR )2/(LCLRRR 其中其中LCL/ RRR 其中其中q 共模抑制比共模抑制比KCMR 是用來衡量差分放大器對共模信號抑制能力是用來衡量差分放大器對共模信號抑制能力的一項重要指標，其值越大越好。的一項重要指標，其值越大越好。定義定義 cdCMRvvAAKcdCMRvvAAK 雙端輸出電路雙端輸出電路單端輸出電路單端輸出電路c1d1CMRvvAAK EEmebEERgrR 提高提高 IEE( (即增大即增大 gm) )、增大、增大 REE提高提高 KCMR 普通差放存在的問題：普通差放存在的問題：q 采用恒流源的差分放大器采用恒流源的差分放

14、大器REE KCMR 抑制抑制Q點移動能力點移動能力 但但 IEE Q 點降低點降低 輸出動態(tài)范圍輸出動態(tài)范圍 T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T333BE(on)EE212EE)(RVVRRRI ebid2 rRCod2RR ebCd22 rRAv o3C2c2RRAv )/1(21e3b333ce3o3RRrRRrR 其中其中2/EE2CQ1CQIII o3mCMRRgK 很大很大 雙端輸出時雙端輸出時 單端輸出時單端輸出時q 任意輸入時，輸出信號的計算任意輸入時，輸出信號的計算idd2o1oovAvvvv i2i1idvvv 其中其中idd1icc1od1oc11ovAvAvvvvv idd2icc2od2oc22ovAvAvvvvv 其中其中i2i1idvvv 2i2i1icvvv ebLCd)2/( rRRAv ebLCd2d12)/( rRRAAvv c2c1vvAA EELC2/RRR 例：例：圖示電路，已知圖示電路，已知 = 100，vi = 20sin t (mV)，求，求 vo 。 解：解：T1VCCREEvivoVEERCRCT2RL22.6 k 10 k 10 k (12 V)(- -12 V)( (1