求带恒流源的差分放大器的介绍

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第三章

集成运算放大器

* 差分放大器
o 静态分析，
o 动态分析
o 四种接法
* 集成运放的基本单元电路
o 差分输入级
o 中间级
o 输出级
o 偏置电路
* 集成运放的典型电路和参数

主要内容

3.1.1基本差分放大器

电路组成：

3.1差分放大器

特点：

a.两只完全相同的管子；

b.两个输入端，

两个输出端；

c.元件参数对称；

一、静态工作点

3.1差分放大器

由对称性：

可假定:

有：

双边变单边

二、电路特性分析

* 抑制温漂的原理：温度变化和电源电压波动，都将使T1、T2集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，因此当从T1、 T2 集电极输出信号时，其变化量相互抵消，理想情况下，没有温漂。
* 共模信号：大小相等、极性相同的按共同模式变化的信号，表示为vic（输入共模信号）、voc（输出共模信号）。
* 差模信号：大小相等、极性相反，变化规律一样的信号，表示为vid（输入差模信号）、vod（输出差模信号）。

3.1差分放大器

1.差模放大倍数

3.1差分放大器

差分放大器在差模输入时的交流通路

输入差模信号时，两信号在射极电阻RE上产生的电流相互抵消，RE上的压降为零，对差模信号可视为短路。

接法1：双端输入，双端输出

接法1：双端输入，双端输出

考虑负载RL时，R´L＝ (RL /2)//RC代替上式中的RC。

接法1：双端输入，双端输出：

为什麼？

3.1差分放大器

考虑负载RL时，R´L＝RL//RC代替上式中的RC。

接法2：双端输入，单端输出：

差分放大器在差模输入时的交流通路：单端输出

2.共模放大倍数

3.1差分放大器

输入共模信号时，两信号在射极电阻RE上产生的电流同相，RE上的压降为单管时的两倍。在画交流通路时，若要把两管的射极分开，则每管的发射极电阻增大一倍。

差分放大器在共模输入时的交流通路

接法1：双端输入，双端输出：

接法2：双端输入，单端输出：

3.共模抑制比：差模放大倍数与共模放大倍数之比。

对双端输出电路，共模抑制比为无穷大。

对单端输出电路，共模抑制比为：

3.1差分放大器

4.输入电阻和输出电阻

输入电阻根据输入接法分为差模输入电阻和共模输入电阻。

输出电阻根据输出接法分为双端输出电阻和单端输出电阻。

双端输出：

单端输出：

单端输入时：

* 单端输入等效双端输入:
* 因为右侧的RB+rbe归算到发射极回路的值[(RB+rbe) /(1+)]<< RE，故 RE 对 Ie 分流极小，可忽略， RE可认为是开路，於是有

vi1 = －vi2 = vi /2

所有计算同双端输入。

差动放大器共有四种输入输出方式:

* 1. 双端输入、双端输出（双入双出）
* 2. 双端输入、单端输出（双入单出）
* 3. 单端输入、双端输出（单入双出）
* 4. 单端输入、单端输出（单入单出

主要讨论的问题有：

* 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数
* 输入电阻
* 输出电阻

3.1.2带恒流源的差分放大器

电路的组成和工作原理：

KCMR= Ad/Ac

* 从以上两式看出要减小Ac，提高共模抑制比，应增大RE，但RE不能太大，因为RE上的压降由VEE提供。在保持VT1、VT2两管的工作电流为一定值时，要加大RE，必须提高VEE，这是有困难的。能不能找到这样一种元器件，它的直流电阻很小，而它的交流电阻却很大，这样静态时不需要很大的VEE，动态时的AC却很小，KCMR很大？
* 晶体管本身具有恒流源特性，输出特性曲线上，放大区呈恒流特性。集成电路中由镜像电流源构成恒流源。

分立元件电路中的恒流源：

带恒流源的差分放大器

分立元件差分放大器

本节小结：

* 差分放大器的工作原理：
o 四种接法，性能参数；
o 带恒流源的差分放大器。
* 差分放大器的优点：
o 较高的共模抑制比，较小的零点漂移，直接耦合；
o 两个输入端，两个输出端，通用性强；
o 电路对称，对阻值精度要求不高，适宜集成。

集成电路：在一块矽片上集成出包括有源元件和无源元件构成的整体电路。

分类：数字集成电路和模拟集成电路。

集成运放：集成运算放大器，模拟电路的通用器件。

3.2集成运放的基本单元

集成运放的符号

AV0 — 开环差模电压放大倍数

vo = AV0(v+ – v)

集成运放的组成：

（1）输入级：高性能差放电路；输入电阻大、共模抑制比大、静态电流小。

（2）中间级：复合管共射电压放大电路；提供电压放大。

（3）输出级：互补对称输出电路。带载能力强、失真小。

（4）偏置电路：电流源电路；提供合适的静态工作点。

3.2.1差分输入级：

* 普通差分放大器：输入电阻小，最大差模输入电压低，放大倍数不够高。
* 改进方法：
o 共集－共基差分放大器
o 复合管差分放大器
o 超hfe管输入级

共集－共基差分放大器：

特点：

输入电阻高；

一定的电压放大倍数；

高差模输入电压。

复合管差分放大器：

特点：hfe大。

大幅度降低基极偏置电流；

提高输入阻抗。

共集－共基差分放大器

复合管差分放大器

几种复合管：

同型管组成复合管

不同型管组成复合管

3.2.2中间级

* 一至二级直接耦合放大电路构成，提供足够大的电压放大倍数；输出双端变单端；电平移动。
* 有源负载放大电路，提供电压放大倍数。

有源负载放大电路

有源负载差分放大器将

双端信号转换成单端信号

利用PNP管实

现电平移动

3.2.3输出级

* 输出大电流和大电压；输出电阻小。
* 采用射极跟随器或互补对称电路。

射极跟随输出级

基本互补对称电路

有保护电路的互补对称电路

3.2.4偏置电路

镜像恒流源电路

微电流源电路

小节

本节内容：

* 集成运放的组成：输入级，中间级，输出级，偏置电路
* 复合管
* 有源负载
* 互补对称电路
* 电流源

3.3集成运放的典型电路和参数

5G23集成运放电路图

特点：线路简单，性能适中。

两级电压放大，放大倍数为5～10万倍。

带恒流源负载的差分输入级

中间级：T4、T5共集接法，输出接T6基极和射级，实现双端变单端输出，T6实现电压放大和电平移动作用。

－VEE

恒流源电路

复合管射级跟随输出级，发射极接恒流源

5G23的外部接线图

R10外接，为T6的

集电极负载电阻

集成运放的主要参数

1) 输入失调电压 V IO

使 VO = 0，输入端施加的补偿电压

2) 输入偏置电流 I IB

VI = 0 时，

3) 输入失调电流 IIO

4) 输入失调电压温漂

5) 输入失调电流温漂

6) 转换速率

7) 差模输入电阻和共模输入电阻

本章主要内容

* 差分放大器
o 抑制零漂的关键；
o 四种接法及其技术指标；
o 带恒流源的差分放大器。
* 集成运放的基本单元
o 差分放大输入级；
o 带恒流源负载的中间级；
o 互补对称输出级；
o 恒流源偏置电路。
* 典型电路和主要参数

本章小结

单端输入可以等效为图3.29所示输入方式：既有差模输入信号uI，又有共模输入信号uI/2；输出电压既包括差模信号，又包括共模信号。单入单出、单入双出情况下的静态分析和差模信号的分析对应於双入单出、双入双出时的情况，没有差别。

对共模信号而言，单入双出在理想情况下，其共模信号完全被抑制，可以等效为双入双出的情况；但在电路参数不完全一致时，存在共模双出电压。而单入单出就一定存在共模输出电压，共模电压放大倍数的计算与双入单出相同。

参考资料
physics.whu.edu.cn/xunli/uploads/200802/200822717214657587.ppt

学习带恒流源式差动放大器的设计方法和调试方法

带恒流源的差动放大器

为了改善差动式直流放大电路的零点漂移，利用了负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发射极回路接入了稳流电阻RE和负电源VEE，RE愈大，稳定性愈好。但由於负电源不可能用得很低，因而限制了RE阻值的增大。为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替RE，形成了具有恒流源的差动放大器，电路如图2.3具有恒流源的差动放大器，应用十分广泛。

图2.3

电子基础实验中心

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当某些环境因素或干扰存在时，会引起电路参数变化。例如当温度升高时，三极管VBE会下降，β会增加，使两管的集电极电流增加了△ICQ1= ICQ2 = △ICQ，使两管集电极对地电位也产生了一个增量△VCQ1和△VCQ2，且数值相等。此时输出电压的变化量

△V0=△VCQ1 = △VCQ2=0，

参考资料
http://72.14.235.104/search?q=cache:w5k-0Qncb-wJ:syzx.cuit.edu.cn/UpLoadFiles/kj/mdsy/%E6%A8%A1%E7%94%B5%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E8%AF%BE%E4%BB%B607-081/%E6%A8%A1%E7%94%B5%E5%AE%9E%E9%AA%8C2bb.ppt+%E5%B8%B6%E6%81%86%E6%B5%81%E6%BA%90%E7%9A%84%E5%B7%AE%E5%88%86%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%99%A8&hl=zh-TW&ct=clnk&cd=5&gl=tw&client=firefox-a

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