模拟电子技术 第3章放大电路基础 3.3差分放大电路(Differential Amplifier) 3.3.1差分放大电路的工作原理 、 电路组成及静态分析特点： a.两个输入端，两个输出端 cc b.元件参数对称 -o+ C. u1=u2时，w。=0 ①VEE 能有效地克服零点漂移 直 VEE=UBEQ+IEEREE 流 02 IEE=(VEE-UBEQ)/REE ICQ1=ICQ2 (VEE UBEQ)/2REE UCoI=Vcc-IcoiRc Uco2=Vcc-Ico2Rc U。=Uco1-Uco2=0
3.3 差分放大电路 (Differential Amplifier) 3.3.1 差分放大电路的工作原理 特点： a. 两个输入端,两个输出端 b. 元件参数对称 c. ui1 = ui2 时, uo = 0 能有效地克服零点漂移 ICQ1 ICQ2 IEE IEQ 1 IEQ 2 UCQ1 VEE = UBEQ + IEEREE IEE = (VEE – UBEQ) / REE ICQ1 = ICQ2 (VEE – UBEQ) / 2REE UCQ1 = VCC – ICQ1RC UCQ2 = VCC – ICQ2RC Uo = UCQ1 – UCQ2 = 0 一、电路组成及静态分析 直 流 通 路 UCQ2 第3章 放大电路基础 V1 VCC V2 VEE RC RC REE ui1 ui2 uo V1 +VCC V2 VEE RC RC REE uo VEE
模拟电子技术 第3章放大电路基础 二、 动态分析 1.差模输入与差模特性 +cc 差模输入41=一42大小相同极性相反 R uodo 差模输入电压Wd=u1-u2=2l1 V, 2 使得：ie1=-ie2 ol=-o2 差模输出电压uod=uc1一uc2 =uo1-(-uo2）=2uo1 差模信号交流通路 差模电压放大倍数 LIoNS ==Ad1=- Rc R。R1 带Ru时Ad=-B R'L=Rc∥2R 差模输入电阻Ra=2rbe 差模输出电阻Ra=2Rc
1. 差模输入与差模特性 差模输入 ui1 = – ui2 差模输入电压 uid = ui1 – ui2 = 2ui1 = – ui2 差模信号交流通路 i c1 ic2 使得：ic1 = – ic2 uo1 = – uo2 差模输出电压 uod = uC1 – uC2 = uo1 – ( – uo2) = 2uo1 id od d u u Au = be C d1 r R = Au = − i1 o1 2 2 u u = 差模电压放大倍数 带RL时 RL be L d ' r R Au = − 2 L 1 R' L = RC // R Rid = 2r 差模输入电阻 be 差模输出电阻 Rod = 2RC 大小相同 极性相反 二、动态分析 第3章 放大电路基础 ui1 V1 +VCC V2 RC RC uod ui2 uo1 uo2 ui1 V1 +VCC V2 VEE RC RC REE uod ui2 uC1 uC2
模拟电子技术 第3章放大电路基础 例3.3.1己知：B=80,r'bb=2002,UgEQ=0.6V，试求： o+12V Rc10kO ()静态工作点 (2)差模电压放大倍数Amd 十0 20k2 0十 [解 差模输入电阻Ra,输出电阻Rd (1)ICQ1=IcQ2(VEE UBEQ)/2REE 20 KOTREE b-12V =(12-0.6)/2×20=0.285(mA) UcQ=UcQ2=Vcc-Ico1Rc=12-0.285×10=9.15(V) (2)e=200+(1+B 26=200+ 1×26=7489(2) Aud=-B 105 0.285 R'L=-807 7.59 =-52.7 R'L=Rc∥3RL=10∥10=5(k2) Ra-2rbe=2×7.59=15.2(k2)Rd=2Rc=20(k2)
例3.3.1 已知: = 80, r’ bb = 200 , UBEQ = 0.6 V, 试求: (1) 静态工作点 (2) 差模电压放大倍数Aud 差模输入电阻Rid，输出电阻Rod [解] (1) ICQ1 = ICQ2 (VEE – UBEQ) / 2REE = (12 – 0.6) / 2 20= 0.285 (mA) UCQ1= UCQ2 = VCC – ICQ1RC =12 – 0.285 10 = 9.15 (V) (2) 7489 ( ) 0.285 81 26 200 26 200 (1 ) EQ b e = = + + = + I r b e L d ' r R Au = − 2 L 1 R' L = RC // R = 10 // 10 = 5 (k) 52.7 7.59 5 = −80 = − Rid=2rbe= 2 7.59 = 15.2 (k) Rod = 2RC= 20 (k) 第3章 放大电路基础 ui1 V1 +12V V2 12V RC RC REE uod ui2 10 k 10 k 20 k 20 k
模拟电子技术 第3章放大电路基础 2.共模输入与共模抑制比 CC 共模输入 uil=Ui2 大小相同 极性相同 共模输入电压 uic=Hil Wi2 使得： iel ie2 ue=2ieREE EO E02 共模输出电压 Uoc=ucI-uc2=0 Ac=%ac≈0 9 Hic 十0 共模抑制比 KCMR Aud REE 2REE Auc 用对数表示：KcR(dB)=20g 共模信号交流通路
2. 共模输入与共模抑制比 共模输入 ui1 = ui2 共模输出电压 uic = ui1 = ui2 使得: ie1 = ie2 IEQ1 + ie1 IEQ2 + ie2 ue = 2ie1REE 2REE 2REE 共模输入电压 uoc = uC1 – uC2 = 0 0 i c oc c = u u Au 共模抑制比 c d CMR u u A A K = 用对数表示： c d CMR (dB) 20lg u u A A K = 大小相同 极性相同 共模信号交流通路 第3章 放大电路基础 ui1 V1 +VCC V2 VEE RC RC REE uod ui2 uC1 uC2 V1 V2 RC RC uod ui2 uC1 uC2
模拟电子技术 第3章放大电路基础 例3.3.2（①）求差模输入电压ud、共模输入电压uc +cc (2)若Aud=-50、Ac=-0.05 1.01V 0.99V 求输出电压uo,及KCMR [解1(1)可将任意输入信号分解为 -9 共模信号和差模信号之和 REE u1=1.01=1.00+0.01(V) 6-VEE u2=0.99=1.00-0.01(V ua=ui1-u2=1.01-0.99=0.02(V) 1=c+2d uc=(u1+u2)/2=1(V) (2)4od=Auaa=-50×0.02=-1(V) 42=4e-4d uoe=Auci=-0.05×1=-0.05(V) 4o=Auduid+Auguic=-1.05 (V) KCMR (dB)=20lg Aud 50 =201g 60(dB) uc 0.05
(2) 若Aud = – 50、 Auc = – 0.05 求输出电压uo，及KCMR 1.01V 0.99V [解] 可将任意输入信号分解为 共模信号和差模信号之和 (1) ui1 = 1.01 = 1.00 + 0.01 (V) ui2 = 0.99 = 1.00 – 0.01 (V) uid = u i1 – u i2 = 1.01 – 0.99 = 0.02 (V) uiC = (ui1+ ui2 ) / 2 = 1 (V) 2 i d 1 ui1 = uic + u 2 i d 1 ui 2 = ui c − u (2) uod = Auduid= – 500.02 = – 1 (V) uoc = Aucuic= – 0.051 = – 0.05 (V) uo = Auduid + Aucuic = –1.05 (V) c d CMR (dB) 20lg u u A A K = 0.05 50 = 20lg = 60 (dB) 例3.3.2 (1) 求差模输入电压uid、共模输入电压uic 第3章 放大电路基础 ui1 V1 +VCC V2 VEE RC RC REE uod ui2 uC1 uC2
模拟电子技术 第3章放大电路基础 3.3.2具有电流源的差分放大电路 、 电流源电路 增大共模放大倍数的思路：增大RE→用恒流源代替RE 1.三极管电流源 +VcC 特点： 直流电阻为有限值 动态电阻很大 RB20 简化画法 REL o+Vco 9+Vcc 电流源 Rc R 代替差 古uodo 分电路 中的RE V,up R D E
3.3.2 具有电流源的差分放大电路 一、电流源电路 增大共模放大倍数的思路：增大RE → 用恒流源代替RE 特点： 直流电阻为有限值 动态电阻很大 1. 三极管电流源 简化画法 电流源 代替差 分电路 中的RE 第3章 放大电路基础 +VCC RL RE RB1 RB2 IC I0 ui1 V1 +VCC V2 RC R1 uod ui2 RC VE E R R2 3 IC3 V3 ui1 V1 +VCC V2 RC uod ui2 RC VE E I0
模拟电子技术 第3章放大电路基础 2.比例型电流源 +V RB2 BE 二极管温度补偿 比例型电流源 多路电流源 REF VCC-UBEL R+R1 IO2≈IREF R R2 UBE1≈UBE2 IO3≈IREF Io≈IRFR2 R3
2. 比例型电流源 第3章 放大电路基础 二极管温度补偿 V1 +VCC RE RB1 RB2 I0 V2 比例型电流源 V1 +VCC R2 R R1 I0 V2 IREF UBE1UBE1 1 CC BE1 REF R R V U I + − UBE1 UBE2 2 1 0 REF R R I I 多路电流源 V1 +VCC R2 R R1 I01 V2 IREF R3 I02 V3 2 1 02 REF R R I I 3 1 03 REF R R I I
模拟电子技术 第3章放大电路基础 3.镜像和微电流源 9 +Vcc IoR2=UBEI-UBE2 UBEI-UBE2 V2 I0= UBEI -UBE2 Io=IREF R2 镜像电流源 微电流源 +Vcc 4.NMOS管电流源 +V 当V1 V2 R REF 几何尺寸相同时 D > D D Io=REF V 当V1、V2 几何尺寸不同时 -VEE -VEE IoCIREF 原理电路 采用V3管代替R
镜像电流源 UBE1= UBE2 I0= IREF 微电流源 I0R2 = UBE1 –UBE2 2 BE1 BE2 0 R U U I − = 4. NMOS管电流源 原理电路 当V1、V2 几何尺寸相同时 I0= IREF 当V1、V2 几何尺寸不同时 I0IREF 采用V3管代替R 3. 镜像和微电流源 第3章 放大电路基础 I0 V1 R V2 IREF V1 +VCC R2 R I0 V2 IREF UBE1UBE1 +VCC V1 R I0 V2 IREF D G S G S D VEE +VCC V1 I0 V2 IREF D G S G S D VEE V3 D S G
模拟电子技术 第3章放大电路基础 二、 具有电流源的差分放大电路 R 古uod° V3、V,构成比例电流源电路 V2 IREF≈IC4≈ VEE-UBEA R1+R2 ICG=I≈IREF R: V4 R2 R; VE +DB 简化 9+Vcc MOS 画法 差分电路 R -V 子7 V6 6_VE EE
V3、V4构成比例电流源电路 1 2 EE BE4 REF C 4 R R V U I I + − 3 2 C3 0 REF R R I =I I 二、具有电流源的差分放大电路 简化 画法 能调零的 差分电路 第3章 放大电路基础 ui1V1 +VCC V2 RC uod ui2 RC VE E R R2 3 IC3 V3 V4 IREF IC4 ui1 V1 +VCC V2 RC uod ui2 RC VE E I0 ui1 V1 +VCC V2 RC uod ui2 RC VE E I0 R P MOS 差分电路
模拟电子技术 第3章放大电路基础 例3.3.3()求静态工作点(2)求电路的差模Aud、Ra、R。 [解1()求“2” Rc Rc +6V 6-0.7 7.5ky古u0-75k2 Yee -UBEA= IREF R1+R2 .2+0.1 B=100a0 ≈0.84(mA) 10=IREF R3 =0.84mA 1w8g51o1=lo=054=0.42mA -6VE Uc01=Uc02=6-0.42×7.5=2.85() 26 (2)求Aud Rid R。Ibe1=rbe2=200+101 BR .42 =6452(2) -100×7.5 Aud=- =-65 e+(1+B)2R 、6.45+101×0.05 Ra=2oe+(1+B)2R】=23k2R=2Rc=15(k2)
例3.3.3 = 100 (1) 求静态工作点 (2) 求电路的差模Aud、Rid、Ro [解] (1) 求“Q ” 1 2 EE BE4 REF R R V U I + − = 6.2 0.1 6 0.7 + − = 3 2 0 REF R R I = I = 0.84mA ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0 = 0.42mA UCQ1 = UCQ2 = 6 – 0.42 7.5 = 2.85 (V) (2)求Aud、Rid、Ro 6452 ( ) 0.42 26 rbe1 = rbe2 = 200 +101 = 2 p 1 be C d r (1 ) R R Au + + = − 65 6.45 101 0.05 100 7.5 = − + − = 2[ (1 ) ] 2 p 1 Rid = rb e + + R = 23k Ro = 2RC = 15 (k) 0.84 (mA) 第3章 放大电路基础 ui1V1 +VCC V2 RC uod ui2 RC VE E R R2 3 IC3 V3 V4 IREF +6V −6V 100 100 7.5 k 7.5 k 6.2 k