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[经验] 技术分享——探讨差分放大器的四种接法

2020-3-4 08:00:00  5524 差分放大器 电路设计
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什么是差分放大电路
  差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用,有效地稳定静态工作点,以放大差模信号抑制共模信号为显著特征,广泛应用于直接合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐,特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法,难以理解,因而一直是模拟腾博会大厅安卓版下载技术中的难点。差分放大电路:按输入输出方式分:有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分:有典型电路和射极带恒流源的电路两种。
<span]  (a)射极偏置差放(b)电流源偏置差放
  差放有两个输入端子和两个输出端子,因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时,信号同时加到两输入端;单端输入时,信号加到一个输入端与地之间,另一个输入端接地。双端输出时,信号取于两输出端之间;单端输出时,信号取于一个输出端到地之间。因此,差分放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个电路均为双端输入双端输出方式。
<span]  (a)电阻Re是T1和T2两管的公共射极电阻,或称射极耦合电阻,它实际上就是在工作点稳定电路中植入的射极电阻,只是此处将两个电阻的射极电阻合并成一个Re,所以经它的作用是稳定静态工作点,对零漂做进一步的抑制。电阻Re常用等效内阻极大的恒流源I0来代替,以便更有效地提高抑制零漂的作用。负电源-用来补偿射极电阻Re两端的直流压降,以避免采用电压过高的单一正电源+,并可扩大输出电压范围,使两基极的静态电位为零,基极电阻Rb通常为外接元件,也可不用,其作用是限制基极静态电流并提高输入电阻。
  差分放大器工作状态
  上图a电路,是输入信号IN1=IN2的状态。
<span]  (1)因输入端的“虚断”特性,同相输入端为高阻态,其输入电压值仅仅取决于R1、R2分压值,为2V。同相输入端的2V电压可以看作成为输入端比较基准电压;
  (2)因两输入端的“虚短”特性,可进而推知其反相输入端,即R3、R4串联分压电路,其b点=a点=2V。这是反馈电压。放大器的控制目的是使反馈电压等于基准电压;
<span]  (3)由R1=R3,R2=R4条件可知,放大器输出端只有处于“虚地”状态,即输出端为0V,才能满足b点=a点=2V,这可以由此导出差分放大器的一个工作特征。
  上图b中的(1)电路,是IN1》IN2的状态。
<span]  (1)此时因同相输入端电压高于反相输入端,输出端电压往正方向变化,其R3、R4偏置电路中的电流方向如图所示;
  (2)由R3、R4的阻值比例可知,R3两端电压降为(2.8V-1.5V)/10k,则R4两端电压降为1.3V&times;4=5.2V,输出端电压为2.8V+5.2V=8V。
<span]  (4)此时的输入电压差为IN1-IN=2V,输出电压为8V。显然,该差分放大器的差分电压放大倍数=R4/R3是4倍压差分放大器。由此可以推知差分放大器的差分输入放大倍数为(1N1-IN2)&TImes;R4/R3=-OUT
  上图b中的(2)电路,是IN1《IN2的状态。
<span]  此时因反同相输入端电压高于同相输入端,输出端电压往负方向变化,其R3、R4偏置电路中的电流方向如图所示。同样,依R3、R4的阻值比例可推知,在此输入条件下,输出端电压为-8V,电路依然将输入差分信号放大了4倍。
  从电路的工作(故障)状态判断来说,直接测量R3、R4串联电路的分压状态,只要R3、R4串联分压是成立的,则电路就大致上(起码运放芯片)就是好的;电路的电压放大倍数也由此得出;只要测量输入电压差(R1、R3左端电压差),再测量输出端电压进行比较,则外围偏置电路的好坏。
  差分放大电路的接法大全  1、双端输入单端输出电路
<span]  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:
<span]  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:




<span]  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。
<span]  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
<span]
  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
<span]
<span]
  结论:Re愈大,Ac的值愈小,Kcmr愈大,电路的性能愈好。
  2、单端输入、双端输出电路
<span]  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T,管的发射极电流传递到T,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。
<span]
  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。
<span]  输出电压
<span]  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。
<span]
TreeOS系统 2020-3-4 08:58:43
您的描述中有些符号不对,不好理解。
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samdy0405 2020-3-5 19:26:20
这类知识建议看大一的数字电路教材,里面也有比较全面的介绍。
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sym21ic 2020-3-10 08:26:06
                    
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