 

用户1334202

文章：45 阅读：193589 评论：11 赞：467

 好友  私信个人主页

文章 45
原创 0
阅读 193589
评论 11
赞 467

原创长尾式差分放大电路

 2008-9-26 13:27  11303 10 11 分类: 模拟

一、电路的组成

如图（a）所示，当温度变化时，集电极电位变化，使输出电压变化，若采用直接耦合方式，这种变化会逐级放大，使电路无法正常工作。

采用（b）所示电路，采用电路参数完全相同，管子特性也完全相同的电路，那么两只管子的集电极静态电位在温度变化时也将时时相等，电路以两只管子集电极电位差作为输出，就克服了温度漂移。

共模信号：对于图（b）所示电路，当u_I1与u_I2所加信号为大小相等极性相同的输入信号时，称为共模信号。

共模输入信号的分析：当电路输入共模信号时，由于电路参数对称，T₁管和T₂管所产生的电流变化相等，即，；因此，集电极电位的变化也相等，即。输出电压。说明差分放大电路对共模信号具有很强的抑制作用，在电路参数完全对称的情况下，共模输出为零。

差模信号：当u_I1与u_I2所加信号为大小相等极性相反的输入信号时，称为差模信号。

差模输入信号的分析：由于输入信号，电路参数对称，T₁管和T₂管所产生的电流变化相等而变化方向相反，即，；因此，集电极电位的变化相等变化方向相反，即。输出电压，从而可以实现电压放大。注意：R_e1和R_e2的存在使电路的电压放大能力变差。

将发射极电阻R_e1和R_e2合二而一，成为一个电阻R_e，如图（c）所示，则在差模信号作用下R_e中的电流变化为零，即R_e对差模信号无反馈作用（相当于短路），因此大大提高了对差模信号的放大能力。

为了简化电路，便于调节Q点，也为了使电源与信号源能够“共地”，就产生了如图（d）所示的典型差分放大电路电。

二、长尾式差分放大电路

长尾式电路：如图所示为典型的差分放大电路，由于R_e接负载电源-V_EE，拖一个尾巴，故称为长尾式电路。

电路参数理想对称：R_b1=R_b2=R_b，R_c1=R_c2=R_c；T₁管与T₂管的特性相同，β₁=β₂=β，r_be1=r_be2=r_be；R_e为公共的发射极电阻。

1.静态分析

当输入信号u_I1=u_I2=0时，电阻R_e中的电流等于T₁管和T₂管的发射极电流之和，即

根据基极回路方程

I_BQ、R_b很小，忽略不计。

由于U_CQ1=U_CQ2，所以u_O=U_CQ1-U_CQ2=0。

2.对共模信号的抑制作用

利用电路参数的对称性抑制温度漂移：当电路输入共模信号时，如下图所示，基极电流和集电极电流变化相等，即，；因此，集电极电位的变化也相等，即，从而使输出电压。由于电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。

利用发射极电阻R_e对共模信号的抑制：利用R_e对共模信号的负反馈作用，R_e阻值愈大，负反馈作用愈强，集电极电位的变化愈小，差分放大电路对共模信号的抑制能力愈强。但R_e取值不能过大，它受电源电压V_EE的限制。

共模放大倍数A_c：定义为

式中为共模输入电压，是作用下的输出电压。

3.对差模信号的放大作用

当给差分放大电路输入一个差模信号u_Id时，由于电路参数的对称性，u_Id经分压后，加在T₁管一边的为，加在T₂管一边的为。如下图（a）所示。

由于E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”；又由于负载电阻的中点电位在差模信号作用下也不变，也相当于接“地”，因而R_L被分成相等的两部分，等效电路如图（b）所示。

差模放大倍数A_d：定义为

式中为差模输入电压，是作用下的输出电压。

从图（b）中可知，，，所以

由此可见，差分放大电路电压放大能力只相当于单管共射极放大电路。差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，换取了低温漂的效果。

输入电阻

输出电阻

共模抑制比K_CMR：考察差分放大电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力。

其值愈大，电路性能愈好。在电路参数理想对称的情况下，K_CMR=∞。

三、差分放大电路的四种接法

1.双端输入单端输出电路

电路如右图所示，为双端输入、单端输出差分放大电路。由于电路参数不对称，影响了静态工作点和动态参数。

直流分析：

画出其直流通路如右下图所示，图中和是利用戴维宁定理进行变换得出的等效电源和电阻，其表达式分别为：

虽然由于输入回路参数对称，使静态电流I_BQ1=I_BQ2，从而I_CQ1=I_CQ2；但是，由于输出回路的不对称性，使T₁管和T₂管的集电极电位各不相同，即U_CQ1≠U_CQ2，

U_CEQ1≠U_CEQ2。可得

交流分析：

在差模信号作用时，负载电阻仅取得T₁管集电极电位的变化量，所以与双端输出电路相比，其差模放大倍数的数值减小。

如右下图所示为差模信号的等效电路。在差模信号作用时，由于T₁管与T₂管中电流大小相等方向相反，所以发射极相当于接地。

输出电压

输入电压

差模放大倍数

电路的输入电阻

电路的输出电阻

是双端输出电路输出电阻的一半。

如果输入差模信号极性不变，而输出信号取自T₂管的集电极，则输出与输入同相。

当输入共模信号时，由于两边电路的输入信号大小相等极性相同。与输出电压相关的T₁管一边电路对共模信号的等效电路如下图所示。发射极电阻R_e上的电流变化量，发射极电位的变化量；对于每只管子而言，可认为是流过阻值为2R_e的射极电阻。

输入电压

输出电压

共模放大倍数为

共模抑制比

结论：R_e愈大，A_c的值愈小，K_CMR愈大，电路的性能愈好。

2.单端输入、双端输出电路

如下图（a）所示为单端输入、双端输出电路。电路对于差模信号是通过发射极相连的方式将T₁管的发射极电流传递到T₂管的发射极的，故称这种电路为射极耦合电路。

如图（b）所示将输入信号进行等效变换，可看出，两输入端分别输入了差模信号和共模信号。

可见，单端输入电路与双端输入电路的区别在于：差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。

输出电压

若电路参数对称，则A_c＝0，K_CMR为无穷大。

静态工作点以及动态参数的分析完全与双端输入、双端输出相同。

3.单端输入、单端输出电路

如右图所示为单端输入、单端输出电路，该电路对静态工作点、差模增益、共模增益、输入与输出电阻的分析与单端输出电路相同。对输入信号的作用分析与单端输入电路相同。

四、改进型差分放大电路

在差分放大电路中，增大发射极电阻R_e的阻值，可提高共模抑制比。但集成电路中不易制作大阻值电阻；采用大电阻R_e要采用高的稳压电源，不合适。如设晶体管发射极静态电流为0.5mA，则R_e中电流为1mA。当R_e为10kΩ时，电源V_EE的值为10.7V。在同样的静态工作电流下，若R_e＝100kΩ，V_EE的值约为100V。