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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:v s1=v s2=0, 电路完全对称,所以有

I B Rs1+U BE +2I E Re=V EE 又∵ I E =(1+β)I B ∴ I B1=I B2=I B =

通常Rs<<(1+β)Re ,U BE =0.7V (硅管): I B1=I B2=I B = 因: I C1=I C2=I C =βI B 故: U CE1=U CE2=V CC -I C Rc

静态工作电流取决于V EE 和Re 。同时,在输入信号为零时,输出信号电压也为零(u o= 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

()e

s BE

EE R 12R U V β++-

如果两个输入端的信号大小相等、极性相反,即 v s1=- v s2= 或 v s1- v s2= u id u id 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:i c1=- i c2。

Re 上的电流为:

i E =i E1+i E2=(I E1+ i e1)+(I E2+ i e2 )

电路对称时,有I E1= I E2= I E 、i e1=- i e2,使流过Re 上的电流i E =2I E 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:

典型差分放大电路

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:

be

s c

s1o1s2s1o2o1id o ud r R R 22u u A +-==--==

βv v v v v v

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

的差模电压放大倍数为: 输入电阻: 输出电阻:Rod ≈2Rc ② 双端输入—单端输出 放大倍数:

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: v s1=v s2=u ic 则称为共模输入信号,用u ic 表示 。其共模交流通路如图:

典型差分放大电路

① 双端输入—双端输出

输出的共模电压u oc=v c1-v c2=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 计算共模放大倍数Av c 时,由于两个输入信号相等,R e 等效为2R e 。Av c 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

be

L

r R +-

==s '

id o ud R u u A β2

R //

R R 'L

c L =()be b

s b be s b b

s b d d r

2i R i 2R i 2i R i 2u R =-+=-=r i i 0u u u A ic

c2

c1ic oc uc =-==v v e

c ic c2ic c1ic oc uc 2R R

u u u u A -≈===

v v ()be u u r R 2R 2A s c

s1o1s2s1o1id o ud +-==-==

βv v v v v

典型差分放大电路

典型差分放大电路

出时交流通路如图所示。

(2) 双端输入单端输出差模电压放大倍数

21111d -i i o id o v v v v v v A ==be L c )//(21-r R R β=be

'

21-r R L

β= 共模抑制比K CMR 或

典型差分放大电路

双端输出时由于Avc 等于零,K CMR 可认为等于无穷大,单端输出时共模抑制比:

典型差分放大电路

恒流源电路的基准电流为:

I REF ≈I E4= 又因I E3R3≈I E4R2,所以有I0≈I E3≈ 即三极管V3、 V4及R1、R2、R3等值确定,则I0为一定值。

()dB lg

20VC

VD

CMR A A K =2

1

BE4

EE

CC

R

R U V V +-+REF 3

2E432I R R I R R

=be

s c

s1

o1s2

s1o2o1id

o ud

r R R 22u A +-==-==βv v v v v 0u u u A ic

c2

c1ic oc uc =-==

v v VC

VD CMR

A

A

K

=

差模特性741型运放A

v O的频率响应-

典型差分放大电路

开环差模电压增益Av O

开环带宽BW (f H)

单位增益带宽BW G (f T)

差模特性

2. 差模输入电阻r id和输出电阻r o

BJT输入级的运放r id一般在几百千欧到数兆欧

MOSFET为输入级的运放r id>1012Ω

超高输入电阻运放r id>1013Ω、I IB≤0.040pA

一般运放的r o<200Ω,而超高速AD9610的r o=0.05Ω

3. 最大差模输入电压V idmax

共模特性

1. 共模抑制比K CMR和共模输入电阻r ic

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

2. 最大共模输入电压V icmax

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:

cem cm cem cm o V I V I P 2

122=?=L cem

L cm R V R I 2

22121==

如果输入足够大,使输出达到最大值 VCC-VCES ,此时的功率为最

大不失真输出功率 Pom ()L

CC L CES CC om R V

R V V P 2

2

21≈-21=

(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:

)(sin 21

20

t d t I V P cm CC

V ωωπ

π

?

?=π

cm

CC I V 2=

(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:

在输出最大(V om ≈VCC)时得到最大输出功率:

(4) 管耗

时t V v om o ωsin = ?

=

π

ωπ

1)-(21

t d R v v V P L o o CC

T )4

-(12

om

om CC L V V V R π=

V om=0时管耗为0 V om= VCC 时管耗为: π

π

442

1-=L CC T R V P

(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。

CC cem

CC

L cm cm CC L cm V o V V V R I I V R

I P P ?

=?===442212πππ

η%5.78≈4

2/2

ππη===cm CC CC cm V

om I V V I P P

管耗最大发生在0/1=om T dV dP 时 此时:CC CC

om V V V 6.0≈2π

=

om CC

L T P V R P 2.012

2

max 1≈=π