典型差分放大电路

典型差分放大电路 1、典型差分放大电路的静态分析

（1）电路组成

（2）静态工作点的计算

静态时：vs1=vs2=0， 电路完全对称，所以有

IBRs1+UBE+2IERe=VEE 又∵ IE=（1+β）IB ∴ IB1=IB2=IB=

VEEUBERs21Re 通常Rs<<(1+β)Re，UBE=0.7V（硅管）: IB1=IB2=IB= 因： IC1=IC2=IC=βIB 故： UCE1=UCE2=VCC－IC Rc

静态工作电流取决于VEE和Re。同时，在输入信号为零时，输出信号电压也为零（uo= Vc1－VC2=0），即该差放电路有零输入——零输出。

2、差分放大电路的动态分析 （1）差模信号输入时的动态分析

如果两个输入端的信号大小相等、极性相反，即 vs1=- vs2= 或 vs1- vs2= uid uid称为差模输入信号。

在输入为差模方式时，若一个三极管的集电极电流增大时，则另一个三极管的集电极电流一定减小。在电路理想对称的条件下，有：ic1=- ic2。

Re上的电流为：

iE=iE1+iE2=（IE1+ ie1）+（IE2+ ie2 ）

电路对称时，有IE1= IE2= IE、ie1=- ie2，使流过Re上的电流iE=2IE不变，则发射极的电位也保持不变。差模信号的交流通路如图:

差模信号下不同工作方式的讨论:

① 双端输入—双端输出放大倍数：

当输入信号从两个三极管的基极间加入、输出电压从两个三极管的集电极之间输出时，称之为双端输入—双端输出,其差模电压增益与单管放大电路的电压增益相同，无负载的情况下:

Auduovo1vo22vo1Rcuidvs1vs22vs1Rsrbe

当两集电极c1、c2间接入负载电阻RL时，双端输入—双端输出时

'uoRL的差模电压放大倍数为： A uduidRsrbeR'LRc//❖ 输入电阻： Ruid2ibRs2ibRsrbe2ibRs2ridbe输出电阻：Rod≈2Rc ② 双端输入—单端输出 ❖ 放大倍数：

Auduovo1vRco1uidvs1vs22vs12RsrbeibibRL2❖ 输入电阻：Rid=2rbe

❖ 单端输出时的等效电阻为： Rod≈Rc （2）共模输入时的动态分析

如果两个输入端信号大小相等、相位相同，即： vs1=vs2=uic 则称为共模输入信号，用uic表示 。其共模交流通路如图:

① 双端输入—双端输出

输出的共模电压uoc=vc1－vc2=0，双端输出时的共模电压增益为： ② 双端输入—单端输出其共模电压增益为 Auc Aucuocvc1vc2Rcuicuicuic2Reuocvc1vc20uicuic计算共模放大倍数Avc时，由于两个输入信号相等，Re等效为2Re。Avc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时等于零。单端输

出时交流通路如图所示。

Avc1=-≈-voc1vicR'Lrbe(1)2ReR'L2Re综上: Auovo1vo22vo1Rcuduidvs1vs22vs1(2) 双端输入单端输出差模电压放大倍数

'vo1vo11(Rc//RL)1RLAvd1- -vidvi1-vi22rbe2rbeRsrbeAucuocvc1vc20uicuic共模抑制比KCMR VD 或

CMR VCKAAKCMR20lgAVDdBAVC双端输出时由于Avc等于零，KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比： KCMRAvd1R'L/2rbe≈ReAvc1R'L/2Rerbe

恒流源电路的基准电流为：

VUIREF≈IE4= V RRCCEEBE412又因IE3R3≈IE4R2，所以有I0≈IE3≈ 2 I E4  2 I REF 即三极管V3、 V4及R1、R2、R3等值确定，则I0为一定值。

RR3RR3

差模特性 741型运放AvO的频率响应 -

开环差模电压增益AvO 开环带宽BW (fH) 单位增益带宽 BWG (fT)

差模特性

2. 差模输入电阻rid和输出电阻ro

➢ BJT输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧 ➢ MOSFET为输入级的运放rid＞1012Ω ➢ 超高输入电阻运放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA

➢ 一般运放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω 3. 最大差模输入电压Vidmax 共模特性

1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric

一般通用型运放KCMR为（80～120）dB，高精度运放可达140dB，ric≥100MΩ。

2. 最大共模输入电压Vicmax

一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达± 13V。

功率放大器

性能分析

(1) 输出功率:

IV1121VcemPocm•cemIcmVcemIcmRL

22RL2222如果输入足够大,使输出达到最大值 ＶCC-VCES ,此时的功率为最

1VCC-VCES1V大不失真输出功率 Pom Pom≈CC

2RL2RL22(2) 电源提供的功率

每个电源只提供半个周期的电流,电源提供的平均功率为：

PV2VCC120Icm•sintd(t)2VCCIcm

(3) 电路的效率

电路的效率是指输出功率与电源提供的功率之比:

12IRPo2cmLIcmRLVcem••2VIP4V4VCCCCcmVCC在输出最大(Vom ≈ＶCC)时得到最大输出功率: PomIcmVCC/2VCCIcm≈78.5%

PV24(4) 管耗

1voVomsint时 PT120(VCCv1VCCVomVom-vo)odt(-)

RLRL422V4Vom=0时管耗为0 Vom= VCC 时管耗为: PT1CC

RL4(5) 最大管耗与输出功率的关系

乙类互补对称电路输入为0时，输出为0，管耗也为0，所以输入较小时管耗较小；但输出信号越大并不意味着管耗也越大。

管耗最大发生在dPT1/dVom0时 此时：Vom1VCCPT1max0.2Pom 2RL22VCC≈0.6VCC