差分放大器设计优秀PPT.ppt

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1、差分放大器设计你现在浏览的是第一页，共32页2010-1-262 二、设计课题二、设计课题具有恒流源的单端输入具有恒流源的单端输入单端输出差分放大器设计单端输出差分放大器设计 性能指性能指标要求要求 Rid10k，AVD15，KCMR50dB。已知条件已知条件 VCC=+12V，VEE=12V，RL=20k，Vid=20mV(有效值有效值)，3DG100或或9018 差分放大器设计差分放大器设计 掌握差分放大器的主要特性参数及其测试方法掌握差分放大器的主要特性参数及其测试方法；学会设计具有恒流源的差分放大器及其调试技术学会设计具有恒流源的差分放大器及其调试技术。一、学习要求一、学习要求 你现在

2、浏览的是第二页，共32页2010-1-263 三、具有恒流源的差分放大器组成及特点三、具有恒流源的差分放大器组成及特点 输入端输出端 在模拟集成电路中，差分放大器常作为输入级或中在模拟集成电路中，差分放大器常作为输入级或中间放大级。间放大级。T3、T4是特性相同的晶体管，是特性相同的晶体管，与电阻与电阻RE3、RE4、R共同组成共同组成 恒流源电路，为差分对管的射恒流源电路，为差分对管的射 极提供恒定电流极提供恒定电流I0RP可调整电路的对称性可调整电路的对称性 T1、T2称为差分对管，称为差分对管，T1与与T2 特性应相同特性应相同，常用双三极管如常用双三极管如 5G921或或BG319等，

3、它与等，它与RB1、RB2、RC1、RC2及及RP共同组成共同组成 差分放大器的基本电路差分放大器的基本电路你现在浏览的是第三页，共32页2010-1-264 电路特点电路特点 1、电路的结构对称，有恒流源的作用，电路静态工、电路的结构对称，有恒流源的作用，电路静态工作点稳定。作点稳定。3、电路的下限频率低。适用于放大变化速率电路的下限频率低。适用于放大变化速率低的小信号。低的小信号。2、抑制零点漂移的能力强。无论是温度的变化，抑制零点漂移的能力强。无论是温度的变化，还是电源的波动还是电源的波动(称之为共模信号称之为共模信号)，对，对T1、T2两管的两管的影响都是一样的。影响都是一样的。你现在

4、浏览的是第四页，共32页2010-1-265 1.输入输出信号的连接方式输入输出信号的连接方式 双端双端输入入双端双端输出出 双端双端输入入单端端输出出 单端端输入入双端双端输出出 单端端输入入单端端输出出 注意：注意：连接方式不同，电路特性参数有所不同。连接方式不同，电路特性参数有所不同。你现在浏览的是第五页，共32页2010-1-266 双端双端输入入双端双端输出出 RL加在加在 3、4端端R1、R2是均压电阻，给是均压电阻，给差分放大器提供对称差差分放大器提供对称差模输入信号模输入信号 Vid 两端均两端均不接地不接地你现在浏览的是第六页，共32页2010-1-267 双端双端输入入单端

5、端输出出 均压电阻均压电阻R1、R2给差给差分放大器提供对称分放大器提供对称差模输入信号差模输入信号 Vid 两端均不接地两端均不接地两个输出端应两个输出端应接相同的负载接相同的负载两个输出端应接两个输出端应接相同的负载相同的负载你现在浏览的是第七页，共32页2010-1-268 单端端输入入双端双端输出出 RL应接在应接在3、4两个输出端两个输出端信号源的一端和信号源的一端和差分放大器的一差分放大器的一个输入端均接地个输入端均接地你现在浏览的是第八页，共32页2010-1-269 单端端输入入单端端输出出 两个输出端应接两个输出端应接相同的负载相同的负载信号源的一端和信号源的一端和 差分差分

6、放大器的一个输入端放大器的一个输入端均应接地均应接地两个输出端应接两个输出端应接相同的负载相同的负载你现在浏览的是第九页，共32页2010-1-2610 2.静态工作点的计算静态工作点的计算输入端不加信号输入端不加信号 恒流源电路的恒流源电路的参考电流参考电流 IR 恒定电流I0 静态工作点主要由恒流源电静态工作点主要由恒流源电流流I0的大小决定。的大小决定。恒定电流恒定电流I0主要由电源电压主要由电源电压VEE及电阻及电阻R、RE4决定。决定。你现在浏览的是第十页，共32页2010-1-2611 四、主要特性参数及其测试方法四、主要特性参数及其测试方法 1.传输特性传输特性 2.差模特性差模

7、特性 3.共模特性共模特性你现在浏览的是第十一页，共32页2010-1-2612 1.传输特性传输特性 传输特性传输特性是指差分放大是指差分放大器输入差模电器输入差模电压压vid时，集电时，集电极电流极电流iC随输随输入电压入电压vid的变的变化规律。化规律。vid=0时，时，IC1=IC2=I0/2，称称Q点为静态工作点；点为静态工作点；vid增加增加(25mV以内以内)时，时，iC1随随vid线性增加，线性增加，iC2则则 线性减少，线性减少，IC1+IC2=I0的的 关系不变；关系不变；非线性区非线性区 限幅区限幅区 线性放大区线性放大区 vid增加增加(超过超过50mV)时，时，iC1

8、增加和增加和iC2减小都逐渐变缓，减小都逐渐变缓，iC1、iC2随随vid作非线性变化。作非线性变化。vid再增加再增加(超过超过100mV)，iC1、iC2不再随不再随vid变化变化 你现在浏览的是第十二页，共32页2010-1-2613 1.传输特性传输特性 传输特性传输特性是指差分放大是指差分放大器输入差模电器输入差模电压压vid时，集电时，集电极电流极电流iC随输随输入电压入电压vid的变的变化规律。化规律。线性放大区扩宽线性放大区扩宽 加入射极电阻加入射极电阻RP可增强电流负可增强电流负 反馈，扩展线性区反馈，扩展线性区,当当RP100，vid在在50mV内是线性区内是线性区你现在浏

9、览的是第十三页，共32页2010-1-2614 在实际应用中是通过测量在实际应用中是通过测量T1和和T2的集电极电压的集电极电压vC1、vC2随差模电压随差模电压vid的变化规律来测量差模传输特性。的变化规律来测量差模传输特性。因为因为vC1=VCCiC1RC1，如果，如果+VCC、RC1确定，则确定，则vC1与与iC1的变化规律相同，而且测量电压的变化规律相同，而且测量电压vC1、vC2比测量电流比测量电流iC1、iC2要方便得多。要方便得多。测量传输特性的方法测量传输特性的方法 测量差模传输特性接线图测量差模传输特性接线图 示波器上显示的差模传输特性曲线示波器上显示的差模传输特性曲线 vc

10、1=Vcc-ic1*Rc1 你现在浏览的是第十四页，共32页2010-1-2615 从差分放大器的两个输入端输入从差分放大器的两个输入端输入一对差模信号一对差模信号(大大小相等、极性相反小相等、极性相反)时，与差分放大器时，与差分放大器4种接法所对应的种接法所对应的差模电压增益差模电压增益AVD、差模输入电阻、差模输入电阻Rid、差模输出电阻、差模输出电阻Rod的的关系如表所示。关系如表所示。双端输出时的差模特性完全相同双端输出时的差模特性完全相同 单端输出时的差模特性单端输出时的差模特性 也完全相同也完全相同 双端输入、单端输入，双端输入、单端输入，输入电阻输入电阻Rid是相同的是相同的 2

11、.差模特性差模特性你现在浏览的是第十五页，共32页2010-1-2616 差模电压增益差模电压增益AVD的测量方法的测量方法 设差分放大器为单端输入设差分放大器为单端输入双端输出接法双端输出接法 输入差模信号为输入差模信号为fi=500Hz、Vid=20mV（有效值（有效值)正弦正弦波，用双踪示波器测量波，用双踪示波器测量vC1及及vC2(它们应是一对大小相它们应是一对大小相等、极性相反的不失真正弦波等、极性相反的不失真正弦波)，用示波器或晶体管毫，用示波器或晶体管毫伏表分别测量伏表分别测量VC1、VC2双端输出时的差模电压增益：双端输出时的差模电压增益：单端输出时的差模电压增益：单端输出时的

12、差模电压增益：若若VC1与与VC2不等，则说明不等，则说明 放大器的参数不完全对称。放大器的参数不完全对称。若若VC1与与VC2相差较大，需相差较大，需 重新调整重新调整Q点，使电路能尽点，使电路能尽 可能对称。可能对称。你现在浏览的是第十六页，共32页2010-1-2617 Rid与与Rod的测量方法的测量方法 差模输入电阻差模输入电阻Rid与差模输出电阻与差模输出电阻Rod的测量方法的测量方法与单管放大器输入电阻与单管放大器输入电阻Ri及输出电阻及输出电阻Ro的测量方法相同。的测量方法相同。你现在浏览的是第十七页，共32页2010-1-2618 3.共模特性共模特性 常用共模抑制比常用共模

13、抑制比KCMR来表征差分放大器对共模信号来表征差分放大器对共模信号的抑制能力，即的抑制能力，即 K CMR 愈大，说明放大器抑制共模信号能力愈强，愈大，说明放大器抑制共模信号能力愈强，放大器的性能愈好。放大器的性能愈好。当差分放大器两输入端输入当差分放大器两输入端输入共模信号共模信号(大小相等、极性大小相等、极性相同相同)vic时，由于恒流源的作用，集电极电压时，由于恒流源的作用，集电极电压vC1、vC2不不会因会因vic变化而同时增大或减小。如果电路参数完全对变化而同时增大或减小。如果电路参数完全对称，则共模电压增益称，则共模电压增益AVc 0。故具有恒流源的差分放大器。故具有恒流源的差分放

14、大器对共模信号，如晶体管的零点漂移、电源波动、温度变化对共模信号，如晶体管的零点漂移、电源波动、温度变化等的影响具有很强的抑制能力。等的影响具有很强的抑制能力。你现在浏览的是第十八页，共32页2010-1-2619 共模抑制比共模抑制比KCMR的测量方法的测量方法 先测量放大器的差模电压增益先测量放大器的差模电压增益AVD,再测量共模增益再测量共模增益AVC。将放大器的将放大器的端与端与端相连接端相连接输入输入Vic=500mV，fi=500Hz的共模的共模 信号。信号。示波器观测示波器观测vC1、vC2 若电路的对称性很好，则若电路的对称性很好，则VC1=VC2 0，示波器观测，示波器观测v

15、C1、vC2时，其波形近似于一条水时，其波形近似于一条水平直线。共模电压增益平直线。共模电压增益AVC 0，则共模抑制比，则共模抑制比 你现在浏览的是第十九页，共32页2010-1-2620 共模抑制比共模抑制比KCMR的测量方法的测量方法 若电路对称性不是很好，若电路对称性不是很好，vC1、vC2的波形可能为的波形可能为一对大小相一对大小相等、极性相反的正弦波等、极性相反的正弦波。但。但其幅值很小，将示波器其幅值很小，将示波器V/cm”置于较小档时才能置于较小档时才能观测到波形。观测到波形。双端输出时：双端输出时：先测量放大器的差模电压增益先测量放大器的差模电压增益AVD,再测量共模增益再测

16、量共模增益AVC。单端输出时：单端输出时：电路的共模抑制比：电路的共模抑制比：你现在浏览的是第二十页，共32页2010-1-2621 五、设计举例五、设计举例 例例 设计有恒流源的单端输入设计有恒流源的单端输入双端输出差分放大器。双端输出差分放大器。已知条件已知条件 +VCC=+12V，VEE=12V，RL=20k，Vid=20mV。性能指性能指标 Rid20k，AVD20，KCMR60dB。根据要求根据要求KCMR60dB，即要求电路的对称性要好，即要求电路的对称性要好，应采用集成差分对管应采用集成差分对管BG319（BG319内部有内部有4只特性完只特性完全相同的管子）或挑选三极管性能参数

17、较一致的全相同的管子）或挑选三极管性能参数较一致的3DG130、3DG100等。根据等。根据题目要求题目要求，采用具有恒流，采用具有恒流源的单端输入源的单端输入双端输出差分放大电路。双端输出差分放大电路。(1)确定电路连接方式及晶体管型号确定电路连接方式及晶体管型号 你现在浏览的是第二十一页，共32页2010-1-2622 具有恒流源的单端输入具有恒流源的单端输入双端输出差分放大器双端输出差分放大器 T1、T2、T3、T4为为BG319的的4只晶体管，只晶体管，1=2=3=4=60(2)设置静态工作点并计算元件参数设置静态工作点并计算元件参数 Q点主要由恒流源点主要由恒流源i0值值决定，一般先

18、设定决定，一般先设定I0。I0越小，恒流源越恒定，越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入漂移越小，放大器的输入阻抗越高。阻抗越高。但不能太小，一般为几但不能太小，一般为几毫安。取毫安。取I0=1mA。你现在浏览的是第二十二页，共32页2010-1-2623 具有恒流源的单端输入具有恒流源的单端输入双端输出差分放大器双端输出差分放大器(2)设置静态工作点并计算元件参数设置静态工作点并计算元件参数 IR=I0=1mA，IC1=IC2=I0/2=0.5mA Rid=2(RB1+rbe)20k 则则 RB16.6k 要求要求Rid20k 取取RB1=RB2=6.8k 你现在浏览的是第二十三页，共3

19、2页2010-1-2624 具有恒流源的单端输入具有恒流源的单端输入双端输出差分放大器双端输出差分放大器(2)设置静态工作点并计算元件参数设置静态工作点并计算元件参数 要求要求AVD20取AVD=30 取取RC1=RC2=10k 你现在浏览的是第二十四页，共32页2010-1-2625 具有恒流源的单端输入具有恒流源的单端输入双端输出差分放大器双端输出差分放大器(2)设置静态工作点并计算元件参数设置静态工作点并计算元件参数 计算计算T1、T2静态工作点：静态工作点：集电极：集电极：VC1Q=VC2Q =VCCIC RC=7V 基极：基极：VB1Q=VB2Q=(Ic/)RB1=0.08V 0V

20、则则 VE1Q=VE2Q 0.7V你现在浏览的是第二十五页，共32页2010-1-2626 具有恒流源的单端输入具有恒流源的单端输入双端输出差分放大器双端输出差分放大器(2)设置静态工作点并计算元件参数设置静态工作点并计算元件参数 计算恒流源电路参数：计算恒流源电路参数：R+RE=11.3k 取取RE3=RE4=2k，则，则R=9.3k，为方便调整，为方便调整I0，R用用5.1k 电阻与电阻与10k 电位器电位器RP2串联串联。T3、T4静态工作电压静态工作电压 VB3=VB4=-IR*R=-9.3V VE3=VE4=VB3 0.7=-10V你现在浏览的是第二十六页，共32页2010-1-26

21、27 具有恒流源的单端输入具有恒流源的单端输入双端输出差分放大器双端输出差分放大器(2)设置静态工作点并计算元件参数设置静态工作点并计算元件参数 为了方便调整电路的对称性，为了方便调整电路的对称性，在在T1、T2两管的射极接入一两管的射极接入一 阻值较小的电位器阻值较小的电位器RP1。你现在浏览的是第二十七页，共32页2010-1-2628(3)静态工作点的调整方法静态工作点的调整方法 调整调整RP1，使其满足，使其满足VC1Q=VC2Q 并测量并测量T1、T2基极和发射极对地基极和发射极对地 电压（电压（VB1Q、VE1Q、VB2Q、VE2Q）VCE1Q=VC1Q-VE1Q,VCE2Q=VC

22、2Q-VE2Q 应使两管均工作在放大状态应使两管均工作在放大状态 测试条件：输入端测试条件：输入端、接地接地用电压表测量用电压表测量T1、T2的集电极的集电极 对地电压对地电压VC1Q、VC2Q 用电压表测量用电压表测量T3、T4射极电压，射极电压，并调节并调节RP2使使I0的值为的值为1mA,则则 VE3=VE4-VEE+IR*RE3=-10V。你现在浏览的是第二十八页，共32页2010-1-2629 测量差模传输特性曲线测量差模传输特性曲线差模输入信号差模输入信号vid=20mV 调节调节RP1、RP2使传输特性曲线尽可能对称使传输特性曲线尽可能对称 如果晶体管的特性不太如果晶体管的特性不

23、太一致，改变一致，改变RP1、RP2仍然不仍然不能使传输特性曲线对称，则可能使传输特性曲线对称，则可适当调整电路外参数，如适当调整电路外参数，如RC1或或RC2。待电路的差模待电路的差模特性曲线对称后，移去信号特性曲线对称后，移去信号源，源，测量各三极管的电压值，测量各三极管的电压值，并记录相应的数据。并记录相应的数据。计算静态工作点计算静态工作点I0=1mA、VCE1=7.9V、VCE2=7.9V、VCE3=9.1V VC1QVC2QVB1QVB2QVE1QVE2QVC3QVC4QVE3QVE4Q 7.17.1000.80.80.99.310.010.0你现在浏览的是第二十九页，共32页20

24、10-1-2630(4)测量结果测量结果 技术指标的测量值为技术指标的测量值为 你现在浏览的是第三十页，共32页2010-1-2631(5)误差分析误差分析Rid=2(RB1+rbe)+RP1=23.22k 差模电压增益误差：AVD（2825.4）/25.4*100%=10.24%输入电阻误差：Rid（23.3 23.22）/23.22*100%=0.35%你现在浏览的是第三十一页，共32页2010-1-2632（1）根据性能指标要求，设计出电路；）根据性能指标要求，设计出电路；（2）用）用PSPICE软件对所设计的电路进行仿真；（静软件对所设计的电路进行仿真；（静态工作点，差模输入、输出瞬时

25、波形，差模传输特性，态工作点，差模输入、输出瞬时波形，差模传输特性，差模幅频特性，差模输入电阻，共模幅频特性，计算差模幅频特性，差模输入电阻，共模幅频特性，计算KCMR；）；）（3）根据仿真结果，调整电路参数，使其满足设计要求；）根据仿真结果，调整电路参数，使其满足设计要求；六、六、实验要求实验要求（4）组装、调试电路；）组装、调试电路；（5）实际测试）实际测试Q点、点、Rid、AVD、KCMR和差模传输特性和差模传输特性曲线。曲线。（6）整理实验结果，写出设计性实验报告，）整理实验结果，写出设计性实验报告，并对仿真结果和实际测试结果进行对比分析。并对仿真结果和实际测试结果进行对比分析。end你现在浏览的是第三十二页，共32页