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模擬電路網絡課件第二十六節(jié):差分式放大電路

6.2 差分式放大電路

一、直接耦合多級放大電路的零點漂移

多級放大電路的耦合方式

為了獲得足夠高的增益或滿足輸入電阻、輸出電阻的特殊要求，實用的放大電路通常由幾級基本放大單元級聯(lián)而成，構成多級放大電路。各級之間的連接方式稱為耦合方式。常用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合三種。

直接耦合多級放大電路的特點

直接耦合也稱為直流耦合。其優(yōu)缺點如下：

優(yōu)點：

（1）信號傳輸通路沒有電抗元件，可以放大直流及緩慢變化的信號；

（2）體積小，便于集成

缺點：

（1）各級之間靜態(tài)工作點相互影響

（2）存在較嚴重的零點漂移問題

圖1是一個3級直接耦合放大電路。根據各級輸入輸出所處的電極，可以判斷出第一、二級是共發(fā)射極組態(tài)，第三級是共集電極組態(tài)。

零點漂移

如果將直接耦合放大電路的輸入端短路，其輸出端應有一固定的直流電壓，即靜態(tài)輸出電壓。但實際上輸出電壓將隨著時間的推移，偏離初始值而緩慢地隨機波動，這種現(xiàn)象稱為零點漂移，簡稱零漂。零漂實際上就是靜態(tài)工作點的漂移。

零漂產生的主要原因

（1）溫度的變化。由溫度對放大電路工作點影響一節(jié)我們知道，溫度的變化最終都將導致BJT的集電極電流 IC的變化，從而使靜態(tài)工作點發(fā)生變化，使輸出產生漂移。因此，零漂有時也稱為溫漂。

（2）電源電壓波動。電源電壓的波動，也將引起靜態(tài)工作點的波動，而產生零點漂移。

分析零點漂移應注意的幾個問題

（1）只有在直接耦合放大電路中，前級的零點漂移才能被逐級放大，并最終傳送出。

（2）第一級的漂移影響最大，對放大電路的總漂移起著決定性作用。

（3）當漂移電壓的大小可以與有效信號電壓相比時，將“淹沒”有效信號。嚴重時甚至使后級放大電路進入飽和或截止狀態(tài)，而無法正常工作。

抑制零點漂移一般措施

（1）用非線性元件進行溫度補償；

（2）采用調制解調方式。如“斬波穩(wěn)零放大器”；

（3）采用差分式放大電路。

目前，第三種方式以其簡單，經濟，抑制零漂能力強等特點而廣泛采用。本章只介紹該方式抑制零漂的原理。

二、差模信號與共模信號

根據第1章知識我們知道，放大電路是一個雙口網絡，每個端口有兩個端子，其端口結構示意圖如圖1所示。當兩個輸入端子的輸入信號分別為vi1和vi2時，兩信號的差值稱為差模信號，而兩信號的算術平均值稱為共模信號，即

差模信號

共模信號

根據以上兩式可以得到

? ????

可以看出，兩個輸入端的信號均可分解為差模信號和共模信號兩部分。

兩種信號的特點

差模分量：大小相等，相位相反

共模分量：大小相等，相位相同

差模電壓增益 ??????? 共模電壓增益

總輸出電壓??

其中，表示由差模信號產生的輸出

?????? 表示由共模信號產生的輸出

共模抑制比?? ?

共模抑制比是衡量放大電路抑制零點漂移能力的重要指標。

三、差分放大電路的結構

四、差分放大電路的靜態(tài)分析

五、抑制零漂的原理

雙端輸出時

在圖1差分式放大電路中

溫度變化

?兩管集電極電流以及相應的

集電極電壓相同的變化

?在電路完全對稱的情況下，雙端輸出

（兩集電極間）的電壓可以始終保持為零

?抑制了零點漂移????????????????? 圖1

盡管在實際情況下，要做到兩管電路完全對稱是比較困難的，但輸出漂移電壓仍將大大減小。

單端輸出時

抑制零點漂移的作用也可以從另一方面來理解。由BJT的工作特性我們知道，溫度升高時，集電極電流會增加。由于電路中Re的存在，將對電路產生如下影響：

以上過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較強的抑制零漂能力。但由于Re上流過兩倍的集電極變化電流，其穩(wěn)定能力比射極偏置電路更強。

關鍵

Re越大，抑制零漂能力越強。圖2中發(fā)射極采用電流源電路，其等效電阻更大，所以有更強的抑制零漂能力。

由于溫度變化或電源電壓波動，會對兩管集電極電流產生相同的影響，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。因此，當提高電路的共模抑制比時，也就提高了抑制零漂的能力。

六、差分放大電路的差模動態(tài)指標

七、共模動態(tài)指標與共模抑制比

八、差分放大電路的不同接法的性能比較

差分式放大電路幾種接法的性能指標比較

九、FET差分放大電路

FET差分式放大電路的特點

輸入阻抗高，輸入偏置電流很小。

JFET構成的差分式放大電路：輸入電阻可達1012W，輸入偏置電流約為100pA數(shù)量級；

MOSFET差分式放大電路：輸入電阻則可達1015W，輸入偏置電流在10pA以下。

FET差分式放大電路的分析

FET差分式放大電路的電路結構、工作原理和分析方法與BJT差分式放大電路基本相同，并具有相同的電路特點，只不過是用FET的小信號模型來分析計算而已。

圖1所示為帶恒流源的JFET差分式放大電路。其中JFET T1、T2是差分對管，BJT T3、T4及R1、R2、R3組成恒流源電路，用于抑制共模信號。電路的動態(tài)指標計算類似于場效應管單極共源放大電路。由于該電路是單入-單出差分式放大電路，所以，其差模電壓增益為

式中gm為T1、T2的互導。

輸入電阻的計算與BJT構成的差分放大電路有所差別。由于場效應管的輸入電阻很大，柵極電流可忽略不計。同時，該電路的柵極有Rg電阻接地。所以，差模輸入電阻為

Rid?Rg

十、差分放大電路的傳輸特性

差分式放大電路在小信號線性工作狀態(tài)下的放大作用。當信號較大時，輸入輸出的關系可通過傳輸特性曲線來描述。下面以圖1所示電路為例進行討論。

????（1）

???? （2）

????（3）

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??? （5）

???? （6）

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