模電筆記9 差分放大電路

2021-10-08 03:08:44 字數 2748 閱讀 7883

該系列為《模擬電子技術基礎(第5版,童詩白、華成英)》的閱讀筆記

差分放大電路是構成多級直接耦合放大電路的基本單元電路,常作為整合運放的輸入級。

差分放大電路是由典型的工作點穩定電路演變而來的。

若基極電阻rb上的靜態電壓可忽略不計,則發射極的靜態電流ieq約等於(vbb-ubeq)/r,因而可以認為其q點基本穩定。但是,如果仔細研究在溫度變化時q點的穩定過程,就不難發現,最終集電極電流icq會有微小的變化;而且也正是這種變化在發射極電阻re上產生變化的電壓(即負反饋電壓),影響了電晶體的b-e間靜態電壓,才達到減小溫漂的目的。可以想象只要採用直接耦合方式,這種變化就會逐級放大。

圖1.1差分放大電路的組成

(a)帶有re負反饋電阻

(b)帶有溫控的電壓源

(c)對稱式電路加共模訊號

(d)加差模訊號

(e)實用差分放大電路

如(b)所示,改變電壓輸出端,並能尋找到乙個受溫度控制的直流電壓源v,當電晶體集電極靜態電位ucq變化時,v始終與之保持相等,那麼輸出電壓中只有動態訊號ui作用的部分了,而與靜態工作點位ucq及其溫度漂移毫無關係。

可以想象,如果採用與圖(b)所示電路引數完全相同,管子特性也完全相同的電路,你們兩隻管子的集電極靜態電位在溫度變化時也將時時相等,電路以兩隻管子集電極電位差作為輸出,就克服了溫度票是,如圖(c)所示。

如圖(c)所示,當ui1與ui2所加訊號為大小相等、極性相同的輸入訊號(共模訊號)時,由於電路引數對稱,t1管和t2管所產生的電流變化相等;因此集電極電位的變化也相等。

所以差分放大電路對共模訊號具有很強的抑制作用,也引數理想對稱的情況下,共模輸出為零。

為使訊號得以放大,需將其分成大小相等的兩部分,按相反極性加在電路的兩個輸入端,稱這種大小相等極性相反的訊號為差模訊號。

由於ui1=-ui2,又由於電路引數對稱,t1管和t2管所產生的電流的變化大小相等而變化方向相反。

因此集電極電位的變化也是大小相等且變化方向相反的。

從而實現了電壓放大。

但是由於圖(c)中re1和re2的存在使電路的電壓放大能力變差,當它們數值較大時,並且不能放大。

研究差模輸入訊號作用時,t1管和t2管發射極電流的變化,就會發現,它們與基極電流一樣,變化量的大小相等方向相反。

若將t1管和t2管的發射極連在一起,將re1和re2合二為一,成為乙個電阻re,如圖(d)所示,則在差模訊號作用下re中的電流變化為零,即re對差模訊號無反饋作用,相當於短路,因此大大提高了對差模訊號的放大能力。

也稱之為差動放大電路,所謂「差動」,是指只有當兩個輸入端之間的電位有差別(即變換量)時,輸出電壓才有變動(即變換量)的意思。

對於差分放大電路的分析,多是在電路引數理想對稱情況下進行的。

所謂電路引數理想對稱,是指在對稱位置的電阻值絕對相等,兩隻電晶體在任何溫度下輸入特性曲線與輸出特性曲線均完全重合。

任何分立元件差分放大電路的引數不可能理想對稱,也就不可能完全抑制零點漂移;而在積體電路中,由於相鄰元件具有良好的對稱性,故能夠實現趨於引數理想對稱的差分放大電路。

如圖2.1所示為典型的差分放大電路。

由於re接負電壓-vee,拖乙個微博,故稱為長尾式電路,電路引數理想對稱,t1管和t2管的特性相同,re為公共的發射極電阻。

圖2.1 長尾式差分放大電路

從差分放大電路組成的分析可知,電路引數的對稱性起了相互補充的作用,抑制了溫度漂移。

當電路輸入共模訊號時如圖2.2所示,基極電流和集電極電流的變化量相等。

因此集電極電位的變化也相等,從而使得輸出電壓uo=0,即對共模訊號不放大。

由於電路引數的理想對稱性,溫度變化時,管子的電流變化完全相同,故可以將溫度漂移等效成共模訊號。

圖2.2 差分放大電路輸入共模訊號

實際上,差分放大電路對共模訊號的抑制,不但利用了電路引數對對稱性所起的補充作用,使兩隻電晶體的集電極電位變化相等;而且還利用了發射極電阻re對共模訊號的負反饋作用,抑制了每只電晶體集電極電流的變化,從而抑制集電極電位的變化。

從圖2.2中可以看出,當共模訊號作用於電路時,兩隻管子發射極電流的變換量相等。

由於re對共模訊號起負反饋作用,故稱之為共模負反饋電阻。

re的取值不宜過大,它受電源電壓vee的限制。

它們可以是緩慢變化的訊號,也可以是正弦交流訊號。

雖然差分放大電路用了兩隻電晶體,但它的電壓放大能力只相當於膽管共射放大電路。

因而,差分放大電路是以犧牲乙隻管子的放大倍數為代價來換取低溫漂的效果。

共模抑制比:差分放大電路對差模訊號的放大能力和對共模訊號的抑制能力。

該值越大,說明電路效能越好。

電壓傳輸特性:放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的關係曲線。

輸入端與輸出端均沒有接「地」點,稱為雙端輸入,雙端輸出電路。

在實際應用中,為了防止干擾和負載的安全,常將訊號源的一端接地,或將負載電阻的一端接地。

①雙端輸入,雙端輸出

②雙端輸入,單端輸出

③單端輸入,雙端輸出

④單端輸入,單端輸出

①雙端輸入,雙端輸出

輸入端與輸出端均沒有接「地」點,稱為雙端輸入,雙端輸出電路。

②雙端輸入,單端輸出

只在輸出端不同,其負載電阻rl的一端接t1管的集電極,另一端接地。它的輸出迴路已不對稱,因此影響了它的靜態工作點和動態引數。

③單端輸入,雙端輸出

④單端輸入,單端輸出

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