2016模拟电路基础（电工版）授课教案：差动放大电路.docVIP

模拟电路基础授课教案 差动放大电路 任课教师：李川 授课日期：_______ 目标：熟悉直接耦合放大电路存在的问题 理解共模信号、差模信号、的概念，共模抑制比概念及其求解 重点：差分放大电路组成及抑制零点漂移原理 难点：任意信号分解成差模信号共模信号、共模抑制比 差动放大电路(Differential amplifier)，简称差放，是集成运算放大器(Intergrated operational amplifier)中常用的一种单元电路，具有优越的抑制零点漂移性能。 一、直接耦合放大电路需要解决的问题 1．直接耦合放大电路存在的问题： (1)各级静态工作点相互影响，相互牵制 (2)存在零点漂移(Zero drift) ①零漂定义：在输入信号为零时，出现输出端的直流电位缓慢变化的现象。 ②产生零点漂移的原因：元器件参数的变化；环境的温度的变化(最主要的因素，因温度变化引起零漂称为温漂)。 ③零漂在RC耦合电路中影响不大；但在直接耦合放大电路中会被后级电路逐级放大，且第一级的零漂影响最为严重。 2．抑制零漂的最有效方法 采用差动放大电路。它常用作集成运放的输入级。 二、差动放大电路组成 它具有两个输入端，两个输出端。该电路采用发射极电阻Re耦合的对称共射电路，其中V1、V2称为差分对管，两边的元器件采用相同的温度特性和参数，使之具有很好的对称性，双电源供电，且VCC=VEE，输出负载可以接到两输出端之间（称为双端输出），也可接到任一输出端到地之间（称为单端输出）。 图3.1.1 差分放大电路 (a) 电路图 (b) 直流通路 静态时，IC1=IC2≈IE，UC1=UC2=VCC-IC1Rc1 。故： Uo=UC1-UC2=0。另一思路，忽略IB影响。UB=0，UE=-UBE， 即静态时，差动放大器具有零输入零输出的特点。不会产生零点漂移现象，前提：电路完全对称。 三、共模信号、差模信号及其放大倍数 1．差模信号（Difference-Mode signal）和差模放大倍数(Difference-Mode gain) 差模信号就是一对大小相等、极性相反的信号电压，即ui1=-ui2。uid=uid1-uid2 =2uid1 ，uid1=-uid2=uid/2 。 若电路仅有uid作用，则输出电压为uod；则电路的差模电压放大倍数Aud=uod/uid 。 2．共模信号(Common-Mode signal)和共模放大倍数(Common-Mode gain) 共模信号就是一对大小相等、极性相同的信号，即ui1=ui2=uic 。 差动放大器只有uic作用输出电压为uoc；则共模电压放大倍数Auc=uoc/uic 。 3．任意信号的分解 ui1和ui2输入的两个任意信号。此时，若将ui1和ui2改写成 由此可知，一对任意信号均可以分解为一对共模信号和一对差模信号之和，即 ，其中 。 任意信号输入时，分解成uid和 uic ，分别放大再叠加。即 . 差动放大器的性能应是差模性能和共模性能的合成。 [例3.1.1] 已知差动放大电路ui1=10.02V，ui2=9.98V，试求共模和差模输入电压。 解： 四、 差模输入信号的动态分析 差动电路有两个输入端、两个输出端，它具有双端输入双端输出与双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出四种组态。 1．双端输出电路动态分析及共模抑制比 双端输入双端输出电路如图3.1.2（a）所示。当差模信号单独作用的情况下，可画出差模交流通路如图3.1.2（b）所示。因流过的电流，对差模信号电阻值等效为零。而，即差模信号输入时，两端电压向相反方向变化，故中点电压相当于交流接地。由图3.1.2(b)可求得 (3.1.11) 式中，为双端输出时差模输出电压，它等于两管输出信号电压之差；为单管共射电路电压放大倍数；。式（3.1.11）说明双端输出差动当大电路的电压放大倍数与单管共射放大电路的电压放大倍数相同。 (a) (b) (c) 图3.1.2 双端输入双端输出差动电路 （a）电路原理图 （b）差模交流通路 （c）共模交流通路 图3.1.2（a）所示电路其共模交流通路如图3.1.2（c）所示。因在输入共模信号时，流过中的电流为2，发射极电阻等效为2。电路完全对称，在输入共模信号时，总有，中没有电流流过，可视为开路，故 （3.1.17） 从上式可知，差动放大电路对共