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1、集成运算放大电路差分放大电路本讲稿第一页，共二十六页一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因1.什么是零点漂移现象：什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法克服温漂的方法(措施措施)：引入直流负反馈，温度补偿。引入直流负反馈，温度补偿。典型典型电路：差分放大电路电路：差分放大电路(Differential Amplifier)零点漂移的后果：零点漂移
2、的后果：淹没有用信号淹没有用信号假设假设 若输出有若输出有1 V的漂移电压的漂移电压。则等效输入有则等效输入有100 uV的漂移的漂移电压电压本讲稿第二页，共二十六页二、二、长尾式长尾式差分放大电路的组成差分放大电路的组成零输入零零输入零输出输出若若V与与UC的变的变化一样，则输化一样，则输出电压就没有出电压就没有漂移漂移信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？零点漂零点漂移移参数参数理想对称理想对称：1、Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;2、T1、T2在任何温度下在任何温度下特性均相同。特性均相同。3、两个输入端，两个输入端，两个输出端两个输出端对称结构对称结构本讲稿第三页，共
3、二十六页长尾式长尾式差分放大电路的组成特点差分放大电路的组成特点典型典型电路电路在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；克服零点漂移；2.零输入零输出。零输入零输出。信号特信号特点？点？长尾式长尾式本讲稿第四页，共二十六页三、长尾式差分放大电路的分析 1.Q点：令点：令uI1=uI2=0Rb是必要的吗？是必要的吗？本讲稿第五页，共二十六页1.Q点点晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故本讲稿第六页，共二十六页抑制零漂的原理抑制零漂的原理:Uo=UC1-UC2 =0当当ui1=ui2 =0 时，时，当温度变化时：当温度变化
4、时：UC1=UC2设设T ic1 ,ic2 uc1 ,uc2 uo=uc1-uc2=0本讲稿第七页，共二十六页2.抑制抑制共模信号共模信号 共模信号共模信号：数值相等、极性相同的：数值相等、极性相同的输入信号，即输入信号，即本讲稿第八页，共二十六页2.抑制共模信号抑制共模信号：Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电对于每一边电路，路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位
5、的变化。本讲稿第九页，共二十六页3.放大放大差模信号差模信号iE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。差模信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变不变 UE不变不变 所以，所以，Re对差模信号相当于短路。对差模信号相当于短路。本讲稿第十页，共二十六页为什么？为什么？差模信号作用时的动态分析差模信号作用时的动态分析差模放大倍数差模放大倍数本讲稿第十一页，共二十六页4.动态参数：动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR 共模抑制比共模
6、抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。和抑制共模信号的能力。差分放大电路又称差动放大电路，所谓“差动”就是输入有“差别”，输出才有“变动”的意思，当没有差动时，输出没有变化。有选择的放大信号本讲稿第十二页，共二十六页 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入、双端输出双端输入、双端输出（双入双出双入双出）双端输入、单端输出双端输入、单端输出（双入单出双入单出）单端输入、双端输出单端输入、双端输出（单入双出单入双出）单端输入、单端输出单端输入、单端输
7、出（单入单出单入单出）在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“接地接地”点，以避免干扰；点，以避免干扰；或负载需要有或负载需要有“接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数、差模输入电阻、差模电压放大倍数、共模电压放大倍数、差模输入电阻、输出电阻输出电阻本讲稿第十三页，共二十六页 1.1.差动放大电路一般有两个输入端：差动放大电路一般有两个输入端：双端输入双端输入从两输入端同时加信号。从两输入端同时加信号。单端输入单端输入仅从一个输入端仅从一个输入端对地对地加信号。加信号。2.2.差动放大电路可以有两个输差动放
8、大电路可以有两个输出端。出端。双端输出双端输出从从C1 和和C2输出。输出。单端输出单端输出从从C1或或C2 对地对地输出输出。几个基本概念几个基本概念本讲稿第十四页，共二十六页2022/9/22四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法 1.双端输入单端输出：双端输入单端输出：Q点分析点分析 由于输入回路没有变化，由于输入回路没有变化，所以所以IEQ、IBQ、ICQ与双端与双端输出时一样。但是输出时一样。但是UCEQ1 UCEQ2。本讲稿第十五页，共二十六页1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析双端输入单端输出：差模信号作用下的分析本讲稿第十六页，共二十六页1.双端输入单端输出
9、：共模信号作用下的分析双端输入单端输出：共模信号作用下的分析本讲稿第十七页，共二十六页1.双端输入单端输出：问题讨论双端输入单端输出：问题讨论（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？本讲稿第十八页，共二十六页2.单端输入双端输出单端输入双端输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：在输入信号作用下发射极在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？的电位变化吗？说明什么？本讲稿第
10、十九页，共二十六页2.单端输入双端输出单端输入双端输出静态时的值静态时的值差模输出差模输出共模输出共模输出问题讨论：问题讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出电）如何减小共模输出电压？压？本讲稿第二十页，共二十六页3.四种接法的比较：电路四种接法的比较：电路参数参数理想对称条件下理想对称条件下输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。本讲稿第二十一页，共二十六页五五、具有恒流
11、源的差分放大电路、具有恒流源的差分放大电路 为什么要采用电流源？为什么要采用电流源？Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以至于大，以至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源！解决方法：采用电流源！本讲稿第二十二页，共二十六页五五、具有恒流源的差分放大电路、具有恒流源的差分放大电路等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大
12、近似为近似为恒流恒流本讲稿第二十三页，共二十六页1)RW取值应大些？还是小些取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3)若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。六、差分放大电路的改进 1.加调零电位器加调零电位器RW本讲稿第二十四页，共二十六页讨论一讨论一若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV本讲稿第二十五页，共二十六页讨论二讨论二1、uI=10mV，则，则uId=?uIc=?2、若、若Ad=102、KCMR103用用直流表测直流表测uO，uO=?uId=5mV，uIc=7.5mVuO=Ad uId+Ac uIc+UCQ1=?=?=?清华大学 华成英 本讲稿第二十六页，共二十六页