差動放大電路Q—、概述差動放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號，而且能有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，因而獲得廣泛的應用。特別是大量的應用于集成運放電路，他常被用作多級放大器的前置級?；静顒臃糯箅娐酚蓛蓚€完全對稱的共發(fā)射極單管放大電路組成，該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。設想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。二、基本電路圖差動放大電路的基本電路圖上圖為差動放大電路的基本電路圖[1]三、差動放大電路的工作原理1、差動放大電路的基本形式對電路的要求是：兩個電路的參數完全對稱兩個管子的溫度特性也完全對稱。它的工作原理是：當輸入信號Ui=0時，則兩管的電流相等，兩管的集點極電位也相等，所以輸出電壓Uo=UC1-UC2=0。溫度上升時，兩管電流均增加，則集電極電位均下降，由于它們處于同一溫度環(huán)境，因此兩管的電流和電壓變化量均相等，其輸出電壓仍然為零。它的放大作用（輸入信號有兩種類型）（1） 共模信號及共模電壓的放大倍數Auc共模信號—在差動放大管T1和T2的基極接入幅度相等、極性相同的信號。如圖（2） 所示共模信號的作用，對兩管的作用是同向的，將引起兩管電流同量的增加，集電極電位也同量減小，因此兩管集電極輸出共模電壓Uoc為零。因此：。于是差動電路對稱時，對共模信號的抑制能力強字串3

（2）差模信號及差模電壓放大倍數Aud差模信號—在差動放大管T1和T2的基極分別加入幅度相等而極性相反的信號。如圖（3）所示差模信號的作用，由于信號的極性相反，因此T1管集電極電壓下降，T2管的集電極電壓上升，且二者的變化量的絕對佰相等，因此：此時的兩管基極的信號為：所以：，由此我們可以看出差動電路的差模電壓放大倍數等于單管電壓的放大倍數?；静顒与娐反嬖谌缦聠栴}： 電路難于絕對對稱，因此輸出仍然存在零漂；管子沒有采取消除零漂的措施，有時會使電路失去放大能力；它要對地輸出，此時的零漂與單管放大電路一樣。為此我們要學習另一種差動放大電路 長尾式差動放大電路四、關于零點漂移零點漂移可描述為：輸入電壓為零，輸出電壓偏離零值的變化。它又被簡稱為：零漂零點漂移是怎樣形成的：運算放大器均是采用直接耦合的方式，我們知道直接耦合式放大電路的各級的Q點是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產生很大的變化。當輸入短路時（由于一些原因使輸入級的 Q點發(fā)生微弱變化像：溫度），輸出將隨時間緩慢變化，這樣就形成了零點漂移。產生零漂的原因是：晶體三極管的參數受溫度的影響。解決零漂最有效的措施是：采用差動電路。差動放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號，而且能有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，因而獲得廣泛的應用。特別是大量的應用于集成運放電路，它常被用作多級放大器的前置級。基本差動放大電路由兩個完全對稱的共發(fā)射極單管放大電路組成， 該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。設想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。五設計1設計指標1、 恒流源長尾差動放大電路2、 單端輸出Aud=503、 △UO=2V4、 RLW5kQ5、 Ri32kQ2設計要求（1）電路原理圖；

（2） 元器件及參數選擇。（3） 編寫設計報告寫出設計的全過程，有心得體會。3電路的原理分析與選擇（1）電路的原理由于普通差分電路存在溫度漂移問題，為了減小每個管子輸出端的溫漂，所以引進長尾差分放大電路。長尾電路，也就是在差分對管發(fā)射極接入電阻RE，這個電阻一般稱為“長尾”，這個電阻對于共模信號（溫度上升、下降引起的）有負反饋作用，因為溫度上升時C1,IC2同時上升，產生的增量發(fā)射極電流在其上面產生壓降，使三極管UBE1UBE2下降，IB1IB2下降使IC1IC2下降。對于差模信號沒有負反饋作用。因為IC1增加多少，IC2就減少多少。在長尾式差分放大電路中，長尾電阻愈大，則共模負反饋作用愈強，抑制零漂的效果愈好。但是，長尾電阻愈大，為了得到同樣的工作所需的負電源的電壓值也愈高。希望既要抑制零漂的效果比較好，同時又不要求過高的負電源的電壓值。因此，可以考慮采用用三極管代替電阻。恒流源式差分電路其實就是把Re換成一個三極管恒流源，由于恒流源穩(wěn)定電流的作用更強，效果比Re更好，也不需要把電源電壓弄的很高。（長尾電路為了效果好，往往要加大re的數值，但是也要提高電源電壓）。（2）電路的選擇根據設計的要求我是這樣設計的電路（如下圖）：

（3）電路的分析和各元件參數的計算由于設計要求國。=2V、RlW5kQ、Ri32kQ，可設負載電阻卜=4kQ，電阻RC1=RC2=1.50，三極管放大倍數p=100電壓源電壓VCC=12V、Vee=—12V。工作點的分析及計算（1）電路的動態(tài)分析設靜態(tài)工作點電壓為：Uq=4V則電阻R上的電壓也為4V，所以通過電阻R的電流為I=翌0=4=1.mAL L LR4那么通過電阻RC的電壓為Vrc=VCC-Uq=12-4=8V因此通過的R電流為I=匕、Q=^2-4=5.3mACRcR1.5C1三極管集電極電流為icq=irc-il=5-3-1=4.3mA（3）電路的動態(tài)分析

Ai=pAici bAi=pAici bibe那么Au=—Ai(R//R)=—―~2Au，則輸出電壓為Au=Au—0=Auci ciCL R+r 11 °ci ci由于單端輸出，所以放大倍數為A廣由于單端輸出，所以放大倍數為A廣Au°Aucip(R//R)RC+rLbe輸入電阻為R.d=2(R+r^)，輸出電阻為R。=2RC(3)三極管等效電阻《阻值的計算26mV 26mVr=r+(i+p) =3000+i0i 牝9iiOCQ .(4)電阻Rbi=Rb2阻值的計算由放大倍數A=：蕓=^P(Rc〃R)=50可得d2Aui2R+re帶入上面所求得的值可算出Rbi=Rb2=i800(5)電阻％R2R3阻值的計算三極管VT集電極電流為I=2(I+1)=2(I+1)=21=2x4.3=8.6mA3 C3 Ei E3 Ci C3 C設R=ikO所以R電阻的電壓為V=RI=ikOx8.6mA=8.6V那么電阻R2上分壓為Ir2=VRi+Ubeq=8.6+0.7=9.3V所以電阻R與電阻R之比為R=i：3總3.42iRi2—9.3可設電阻R=ikO那么R=3.4R=3.4kO(6)所求阻值的驗證由題的要求輸入電阻R.>2kO，所以R=2(R+r^)=2x(i80+9ii)=2i820，因為R=2i820=2.i82kO>2kO，所以上述阻值計算正確。所選器件的參數

綜上所求，可得各器件的參數為：三極管放大倍數。=100、.廣%=1.50、Rl=40、電壓源電壓匕cT2VL=—12V、電阻R1=R2=180。、電阻R1=1k。、電阻R2=3.4k。、電阻R3=1k。。驗證三極管是否工作在放大區(qū)最大輸出電壓為Vmax=Vq+AVo=4+2=6V，通過電阻Rl的電流為I=VmaX=-=1.5mA，通過電阻RC的電壓為V=V-Vmax=12-6=6V，TOC\o"1-5"\h\zLR4 RCCC因此通過R的電流為I=Vcc：max=12-6=4mA，三極管集電極電流為C RCR1 1.5y=、-七=4-1.5=2.5mA>0。最小輸出電壓為Vmin=Vq-AVo=4-2=2V，通過電阻Rl的電流為I=Vmin=-=0.5mA，通過電阻RC的電壓為V=V—Vmin=12—2=10V，LR4 RCCC因此通過RC的電流為I=匕C了min=飛:=6.7mA>0RCR1 1.5所以通過驗證三極管工作在放大區(qū)。五、實驗1原理調零電位器RP用來調節(jié)VT1、VT2管的靜態(tài)工作點，使得輸入信號u*時，雙端輸出電壓u0=°。re為兩管共同的發(fā)射極電阻，它對差模信號無負反饋，因為不影響差模電壓放大倍數但對共模信號+UCC用，故可以有效的抑制零漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。當開關撥向右邊時，構成具有恒流源的差動放大電路。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻RE，可以進一步提高差動放大器一直共模信號的能力。2、靜態(tài)工作點的估算(1)典型電路I牝Uee々Ube(認為U=U牝0)E R B1 B2E(2)恒流源電路,/ rRRrUU)UIQIQ——1 2 R ESICS=IES=>ICS3、差模電壓放大倍數Aud和共模電壓放大倍數Auc當差動放大器的涉及電阻Re足夠大，或采用恒流源電路的時候，差模電壓放大倍數Aud由輸出端方式決定，而與輸入端無關(1)雙端輸入時:Re=8，Rp(1)雙端輸入時:Ai(2)單端輸出AudTU/N=l/2AudAud2=AUc2/AU,=-1/2Aud當輸入共模信號時若為單端輸出，則有AZAu2△U prAZAu2~aU^~~RB+re+(1+P)(1C/2Rp+2R)若為雙端輸出，在理想情況下Auc二°4、共模抑制比KCMRKCMR=|Aud/Auc|六、實驗方法與步驟：按實驗原理圖，連接好電路。開關K撥向左邊構成典型差動放大器。（1）測量靜態(tài)工作點。調節(jié)放大器零點信號源不接入，將放大器輸入端A、B與地短接，接通±12V直流電源，用萬用表的直流電壓擋測量輸出電壓UO,調節(jié)調零電位器RP，使UO=0。調節(jié)要仔細，力求準確。②測量靜態(tài)工作點零點調好以后，用萬用表的直流電壓擋測量T1、T2管各電極電位及射極電阻Re兩端電壓U既。測量差模電壓放大倍數斷開直流電源，將函數信號發(fā)生器的輸出端接放大器輸入A端，信號源的地端（黑夾子）接放大器輸入B端構成雙端輸入方式，調節(jié)輸入信號為頻率f=1KHz的正弦信號，并使信號源的幅度輸出旋鈕（AMPL）旋至零，用示波器監(jiān)視輸出端（集電極C1或C2與地之間）。接通±12V直流電源，逐漸增大輸入電壓U（約100mV），在輸出波形無失真的情況下，用交流毫伏表測量V，UC1，UC2，并觀察u.，uC1，uC2之間的相位關系。測量共模電壓放大倍數將放大器A、B短接，信號源接A端與地之間，構成共模輸入方式，調節(jié)輸入信號仁1kHz，U.=1V，在輸出電壓無失真的情況下，測量U.，UC1，UC2，并觀察u.，uC1，uC2之間的相位關系及UR。隨Ui改變而變化的情況。具有恒流源的差動放大電路性能測試將圖電路中開關K撥向右邊，構成具有恒流源的差動放大電路。參照典型差動放大器性能測試的步驟對具有恒流源的差動放大器進行測試。五、實驗結果與數據處理典型差動放大電路靜態(tài)工作點測量值UC1(V)UB1(V)UE1(V)UC2(V)UB2(V)Ue2(v)URE(V)6.157-0.06-6.0846.116-0.063-0.68111.574計算值IC(mA)IB(mA)Uce（V）0.5650.00577.05具有恒流源的差動放大電路靜態(tài)工作點測量值UC1（V）UB1(V)Uei(V)UC2(V)UB2(V)UE2(V)Ure(V)4.967-0.076-0.6974.967-0.075-0.69611.531計算值IC(mA)IB(mA)Uce(V)0.5080.007231.