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共基极放大电路原理图,差分放大电路的特点

时间:2023-05-05 11:24:52 阅读:141192 作者:474

差动放大电路常见的形式有基本形式、长尾式和恒流源式三种。

一.基本形式的差分放大电路

1 .电路结构

组合两个电路结构、参数相同的单管放大电路,为差动放大电路的基本形式,如下图所示。 输入电压分相同的两部分施加在两管基极上,输出电压等于两管集电极电压之差。

假设VT1和VT2的特性完全相同,对应的电阻也完全一致,输入电压为零时,UCQ1=UCQ2,即UO=0。 当ICQ1因温度上升而增大、UCQ1下降时,由于电路结构对称,ICQ2也增大,UCQ2也下降,另外,两管的变化幅度相等,结果VT1和VT2的输出端的零点偏移被抵消。

2 .电压放大率

施加一个输入电压后,由于电路结构对称,VT1和VT2基极上得到的输入电压大小相等,但如上图所示极性相反。 将这样的输入电压称为差模输入电压,当使用uId时,放大电路输出电压的变化量

uo=uC1-uC2=uID

差动放大电路差模电压放大率

ad=au1(4.2.5) )。

由上式可知,差动放大电路的差模电压放大率与单管放大电路的电压放大率相同。 可见,差分放大电路的特点是,多用一个放大管后,虽然电压放大率没有增加,但已经被抑制零漂移所取代。

但是,从抑制零漂移的效果来看,基本型的差动放大电路并不理想。 这是因为电路两侧的管道特性和元件参数不完全相同,两个晶体管输出端的温度漂移也不能完全抵消。 为了测量零漂移的抑制效果,需要提出共模抑制比这一技术指标。

3 .共模抑制比

差动放大电路的输入电压有两种形式,一种是差模输入电压uId,即两个差动放大器的输入电压大小相等,但极性相反。 请参阅上图。 另一个是共模输入电压,两个放管的输入电压大小相等,且极性相同,用uIc表示。 请参照下图。

温度变化时,两个差动放大器的电流会在同一个方向上一起增减,在放大电路中加入共模输入信号。 因此,可以认为差模输入信号反映了有效信号,共模输入信号反映了因温度变化等原因而产生的漂移信号和其他干扰信号。

相对于差模输入电压的放大电路的放大率称为差模电压放大率,用Ad表示。 也就是说

(4.2.6)。

另一方面,放大电路相对于共模输入电压的放大率称为共模电压放大率,用Ac表示。 也就是说

(4.2.7)。

通常,期望差动放大电路的差模电压放大率越大越好,共模电压放大率越小越好。

差分放大器电路的共模抑制比由符号KCMR表示,它被定义为差模电压放大率与共模电压放大率的比值,通常由对数表示,单位为分贝,即

(4.2.8)。

共模抑制比描述差动放大电路对零漂移的抑制能力。 kmr越大,表示抑制零漂移的能力越强。 理想情况下,当差分放大电路两侧参数完全对称,两管输出端的温漂完全抵消时,共模电压放大率Ac=0,共模抑制比KCMR=。

在基本形式的差动放大电路中,由于内部参数绝对不一致,输出电压UO仍然存在温度漂移,共模抑制比很低。 而且,从每个晶体管的集电极对地电压来看,其温度漂移与单管放大电路相同,丝毫没有改善。 因此,在实际操作中,一般不采用这种基本形式的差动放大电路。

二.长尾式差动放大电路

为了减小各管路输出端的温度漂移,引出了长尾式差分放大电路。

1 .电路结构

在两个放大管的发射极中加入一个发射极电阻Re,如下图所示。 这种电阻一般称为“长尾”,所以这种电路称为长尾型差动放大电路。

长尾电阻Re的作用是引入共模负反馈。 即,Re对共模信号有负反馈作用,对并联模式信号没有负反馈作用。 当对电路的输入端施加正的共模信号时,两管的集电极电流iC1、iC2同时增加,流过发射极电阻Re的电流iE增加,发射极电位uE上升并反馈到两管的基极电路,uBE1、uBE2下降,iii

但是,关于差动模式输入信号,由于两管的输入信号的宽度相等且极性相反,所以无论iC1增加多少,i C2都会减少相同的数量,所以流过RE的电流的总量保持原样,成为uE=0,对于差动模式的信号的反馈

Re越大,共模负反馈越强,抑制零漂移的效果越好。 但随着Re的增大,Re上的直流压降越来越大。 因此,在电路中引入负电源VEE,补偿Re上的直流压降,避免输出电压变化范围的大小。 引入VEE后,静态基极电流可以由VEE提供,因此如上图所示,可以不连接基极电阻Rb。

2 .静态分析

当输入电压为零时,由于电路结构是对称,所以如果设IBQ1=IBQ2=IBQ、ICQ1=ICQ2=ICQ、UBEQ1=UBQ2=UBQ、UCQ1=UCQ2=UCQ、1=2=

ICQIBQ

UCQ=VCC-ICQRC (对地

静态基极电位

UBQ=-IBQR (对地) (4.2.12 ) )。

、恒流源式差分放大电路

1.电路组成

恒流源式差分放大电路如下图所示。由图可见,恒流管VT3的基极电位由电阻Rb1、Rb2分压后得到,可认为基本不受温度变化的影响,则当温度变化时VT3的发射极电位和发射极电流也基本保持稳定,而两个放大管的集电极电流iC1和iC2之和近似等于iC3,所以iC1和iC2将不会因温度的变化而同时增大或减小,可见,接入恒流三极管后,抑制了共模信号的变化。

有时,为了简化起见,常常不把恒流式差分放大电路中恒流管VT3的具体电路画出,而采用一个简化的恒流源符号来表示,如下图所示。

2.静态分析

估算恒流源式差分别电路的静态工作点时,通常可以从确定恒流三极管的电流开始。当忽略VT3的基流时,可得到两个放大管的静态电流和电压为

ICQ1=0.5ICQ3 (4.2.18)

UBQ1= - IBQ1R (4.21)

四、差分放大电路的输入、输出接法

差分放大电路有两个放大三极管,它们的基极和集电极分别是放大电路的两个输入端和两个输出端。差分放大的输入、输出端可以有四种不同的接法,即差分输入、双端输出,差分输入、单端输出,单端输入、双端输出和单端输入、单端输出,如下图所示。当输入、输出的接法不同时,放大电路的性能、特点也不尽相同,下面分别进行介绍。

1.差分输入、双端输出

电路见上图(a)。

2.差分输入、单端输出

电路见上图(b)。由于只从三极管VT1的集电极输出,而另一管VT2集电极的电压变化没有输出,所以△uO约为双端输出时的一半,

如改从VT2集电极输出,则输出电压将与输入电压同相,即Ad的表达式中没有负号。

差模输入电阻和输出电阻为

Rid=2(R+rbe)      (4.2.23)

RO=Rc          (4.2.24)

这种接法常用于将差分信号转换为单端信号,以便与后面的放大级实现共地。

3.单端输入、双端输出

在单端输入的情况下,输入电压只加在某一个三极管的基极与公共端之间,另一管的基极接地,如上图(c)所示。现在来分析一下单端输入时两个三极管的工作情况

在上图(c)中,设某个瞬时输入电压极性为正,则VT1的集电极电流iC1将增大,流过长尾电阻Re或恒流管的电流也随之增大,于是发射极电位uE升高,但VT2基极回路的电压uBE2-uB2-uE将降低,使VT2的集电极电流iC2减小。可见,在单端输入时,仍然是一个三极管的电流增大,另一管电流减小。

因长尾电阻或恒流三极管引入的共模负反馈将阻止iC1和iC2同时增大或减小,故当共模负反馈足够强时,可认为iC1和iC2之和基本上不变,即△iC1+△iC2≈0,或△iC1≈-△iC2。说明在单端输入时,发射极电压uE将随输入电压uI变化,当共模反馈足够强时,可认为VT1的输入电压△uBE1=△u1-△uE,VT2的输入电压△uBE2=-△uE。由此可知,△uBE1与△uBE2大小近似相等而极性相反,即两个三极管仍然基本上工作在差分状态。这种接法主要用于单端信号转换为双端输出,以便作为下一级的差分输入信号。

4.单端输入、单端输出

电路如上图(d)所示。由于从单端输出,所以其差模电压放大倍数约为双端输出时的一半。

如果改从VT2的集电极输出,则以上Ad的表达式中没有负号,即输出电压与输入电压相同。

这种接法的特点是在单端输入和单端输出的情况与,比一般的单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力。另外,通过从不同的三极管集电极输出,可使输出电压与输入电压成反相或同相关系。

总之,根据以上对差分放大电路输入、输出端四种不同接法的分析,可以得出以下几个结论:

①双端输出时,差模电压放大倍数基本上与单管放大电路的电压放大倍数相同;单端输出时,Ad约为双端输出时的一半。

②双端输出时,输出电阻RO=2RC;单端输出时,RO=RC。

③双端输出时,因为两管集电极电压的温漂互相抵消,所以在理想情况下共模抑制比KCMT=∞;单端输出时,由于通过长尾电阻或恒流三极管引入了很强的共模负反馈,因此仍能得到较高的共模抑制比,当然不知双端输出时间高。

④单端输出时,可以选择从不同的三极管输出,而使输出电压与输入电压反相或同相。

⑤单端输入时,由于引入了很强的共模负反馈,两个三极管仍基本上工作在养分状态。

⑥单端输入时,从一个三极管到公共端之间的差模输入电阻Rid≈2(R+reb).

现将四种不同接法时差分放大电路的主要性能和特点列出表4-1中,以便对照比较。

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