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            模电差动放大器


            周三:3、4节;1218

            第4章
            集成电路
            集成电路的分类

            集成运算放大器

            ?

            数字集成电路 模拟集成电路

            按电路功能分
            按器件类型分

            集成运算放大器 /集成运放 具有高增益的直接耦合放大电路。 用途:模拟信号的运算、处理、测量和发生电路

            本章内容:差动放大电路 集成运放 集成运放的主要参数及其选择

            1

            集成电路 的问题

            这种输入电压 (ui)为零而输 出电压(uo)不 为零且缓慢变化 的现象,称为零 点漂移,简称零 漂。

            产生零漂的原因:①UCC的波动;②元件参数的变化; ③环境温度的变化(主要) 。故,零漂又常称为温漂。

            Au 为抑制零漂,常采用差动放大电路,简称差放。

            温漂指标

            ΔU o ΔU i ?

            其值越小,性能越好。
            2

            4.1 差动放大器
            目的: 1. 电路的组成、输入信号的分类(C) 2. 电路功能及其工作原理(B) 3. 差放的性能指标计算(B)

            3

            4.1.1电路组成
            一.电路的组成
            +UCC
            R c1

            二.电路元件的作用 1. Re的作用与问题 稳定Q点、抑制共模信号;↓Au 措施:①引入有源负载——恒 流源代替Re ,恒流源的静态电阻较 小,动态电阻很大;②引入UEE。
            2. UEE的作用: ↑uo的动态变化范围 问题:为何没有基极电阻Rb? 如何得到静态基极电流?
            4

            + uo-

            u i1 - V1 Re V2

            R c2



            u i2 I


            -UEE

            电路对称,有两 个输入端、两个输出 端和双电源。

            4.1.2差动放大电路的性能分析
            一.静态分析

            U BEQ ? 2 I EQ Re ? U EE
            I BQ= U EE ? U BEQ 2(1 ? ? ) Re

            ICQ
            R c1

            +UCC UCQo u
            V1 V2 R c2

            IBQ
            + u i1 -

            I C Q=? I BQ
            U CQ ? U CC ? I CQRc
            差放零输入时具有零输出

            IEQ
            Re



            u i2 IRe
            -UEE


            ? I C 1 ?? U C 1 ? ? ΔU C1 ? ΔU C2 T ?? ? ? ?? ? ? ?? U o ? U C 1 ? U C 2 ? 0 ? I C 2 ?? U C 2 ? ?

            差放可以抑制零漂

            5

            综上所述:①差动放大电路是利用电路的对称性来 抑制零漂的。对称性愈好,抑制作用就愈强。 ②差放电路对两管所产生的同向漂移(不论是什么 原因引起的)都具有抑制作用。
            接有调零电位 器的差放电路
            R

            + CC U
            Rc + - Rc R

            V 1

            uO=0 V 2 RP

            U CQ ? U CC ? I CQRc
            R e - U EE
            6

            三.动态分析 1. 差放的输入方式与输入信号 ①共模输入:ui1=ui2
            ②差模输入:ui1=-ui2

            1 共模信号: ui1 ? ui2 ? uic ? ( ui1 ? ui2 ) 2
            ui1-ui2 = uid

            1 差模信号: ui1 ? uid 2
            ③比较输入: ui1 ? ui2 比较输入信号:ui1 、ui2

            1 ui2 ? ? uid 2

            7

            例: Ui1=10V, Ui2=6V,求(1)共模信号 Uic、差模信 号Uid ;(2)用Uic、 Uid 表示这两个输入信号。 可见,比较输入信号总是可以用共模信号和差模信 号来表示,即

            ? ? ui1 ? uic ? ? ? ui1 ? uic ? ?

            uid 2 uid 2

            8

            2.差放的功能

            抑制共模信号,放大差模信号。
            +UCC
            R c1

            ①共模电压放大倍数

            uoc 0 ?0 电路对称: uc ? A ? uic uic
            电路不对称:


            + uo-

            R c2



            uoc Auc ? ?0 uic
            ②差模电压放大倍数

            u i1 >0 Re -

            0> u i2


            -UEE

            uod uod1 ? uod2 2uod1 ?Rc ? ? ? Aud ? ? ? ?? ? Au1 ? Au2 uid uid1 ? uid2 2uid1 rbe
            9

            +UCC
            R c1

            3.差放的动态性能指标

            + uo-
            RL RL 2 2

            R c2

            ①差模电压放大倍数

            + u i1 -



            RL ? ( Rc // ) uod 2 Aud ? ?? uid rbe
            ②差模输入电阻 ③差模输出电阻

            u i2
            Re -

            rid ? 2rbe
            ro ? 2Rc

            -UEE

            例:已知Aud ,1)ui1=2mV,ui2=-2mV;2)ui1=10mV,
            ui2=6mV。求uo 。
            10

            实际情况:uo=uidAud+uicAuc

            差模信号是有用信号,而共模信号是无用信号或是 干扰噪声等有害信号。所以说,在差放电路的输出电压 中,总希望差模输出电压越大越好,而共模输出电压越 小越好。
            ④共模抑制比

            K CMR

            Aud ? Auc

            Aud K C MR ? 20 lg dB Auc

            KCMR越大,说明抑制零漂的能力越强。 在理想情况下, KCMR=∞
            11

            显然,共模抑制比越大,差放电路分辨差模信号的 能力越强,受共模信号的影响越小。

            对于理想双端输出差放电路:Auc=0,KCMR→∞。 提高KCMR的方法:①↑Re ②用恒流源代替Re

            12

            4.1.3 差动放大电路的输入输出接法
            一.双端输入-双端输出 (即双入-双出) 1 +UCC ui1 ? ? ui2 ? uid 2 二.双端输入-单端输出 Rc Rc (即双入-单出) + - uOuo 问题:如何抑制零漂?
            - + V1 R e -UEE



            ui1


            V2

            ui2


            1 ? ( Rc //RL ) Aud ? ? 2 rbe

            Rid ? 2rbe

            Ro ? Rc

            注意:输出端有两种选择
            13

            三.单端输入-双端输出(即单如-双出) 问题:1.与双入有何不同? 2.V2管能取得信号吗?
            rbe
            ++

            +UCC

            Rc V1

            Rc

            + -

            rbe
            - +

            + +




            ui1

            uo

            V2




            uid


            1 u 2 id

            1u 2 id

            ui1 >0 - uid


            ui2 + 0> ui2




            R e -UEE

            结论:单入和双入的效果是一样的。

            1R ) β ( Rc // L 2 Aud ? ? rbe

            Rid ? 2rbe

            Ro ? 2Rc
            14

            四. 单端输入-单端输出(简称单入-单出)


            UCC Rc

            Rc u


            1 β ( Rc //RL ) Aud ? ? 2 rbe

            o

            + - -

            uO

            Rid ? 2rbe


            ui

            V1
            R
            e

            V2

            u

            Ro ? Rc

            i2





            U EE

            单入-单出差动放大电路在输 出端确定的前提下,可根据不同的 输入端得到同相和反相的关系。



            15

            结论
            1.单入和双入的效果是一样的。差模输入电阻与 输入端和输出端的连接形式无关,均为2rbe。 2. 差模电压放大倍数只与输出端的连接形式有关; 其相位关系既与其输入方式有关,也与其输出方式有 关。 3.单出时,可以选择从不同的三极管输出,所以 可以得到与输入电压同相或反相的输出电压。 4. 双出时,共模抑制比KCMR→∞;单出时,由于 引入了很强的共模负反馈,所以KCMR较高。
            16

            小结 1.差动放大电路的组成 2.差动放大电路的工作原理 1)差放的输入方式与输入信号

            2)差放的功能
            3)共模抑制比 3.电路的性能指标分析 作业:4.2、4.7

            思考:4.4、4.6
            17


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