基本差动放大电路的动态分析
一、差模放大倍数
?
?若输入到图Z0502电路中，差分对管（T1、T2）基极的信号电压Ui1、Ui2大小相等、极性相反，
?
?
?
?这种输入方式称为差模输入方式，所加信号称为差模信号，常用Uid表示，Uid = Ui1 - Ui2，。差动放大电路对差模信号的放大能力用差模放大倍数表示：
?
?
?
?设单管放大电路的放大倍数为Au1、Au2，由于电路对称，Au1=Au2 ，则差动放大电路的输出电压为：
?
?Uod = Uo1 - Uo2 = Au1Ui1 - Au2Ui2 = Au1（Ui1 - Ui2）GS0505
?
?即输出电压与输入电压之差成比例，故称差分放大电路。
?
?在差模输入时，Ui1 - Ui2 = Uid ，由式GS0504和式GS0505可得：
?
一、填空题 1．射极输出器的主要特点是电压放大倍数小于而接近于1，输入电阻高、输出电阻低。 2．三极管的偏置情况为发射结正向偏置，集电结反向偏置时，三极管处于饱和状态。 3．射极输出器可以用作多级放大器的输入级，是因为射极输出器的输入电阻高。 4．射极输出器可以用作多级放大器的输出级，是因为射极输出器的输出电阻低。 5．常用的静态工作点稳定的电路为分压式偏置放大 电路。 6．为使电压放大电路中的三极管能正常工作，必须选择合适的静态工作点。 7．三极管放大电路静态分析就是要计算静态工作点，即计算、、三个值。 8．共集放大电路（射极输出器）的集电极极是输入、输出回路公共端。 : 9．共集放大电路（射极输出器）是因为信号从发射极极输出而得名。（） 10．射极输出器又称为电压跟随器，是因为其电压放大倍数电压放大倍数接近于1 。 11．画放大电路的直流通路时，电路中的电容应断开。
12．画放大电路的交流通路时，电路中的电容应短路。 13．若静态工作点选得过高，容易产生饱和失真。 14．若静态工作点选得过低，容易产生截止失真。 15．放大电路有交流信号时的状态称为动态。 16．当输入信号为零时，放大电路的工作状态称为静态。 17．当输入信号不为零时，放大电路的工作状态称为动态。 18．放大电路的静态分析方法有估算法、图解 法。 （ 19．放大电路的动态分析方法有微变等效电路法、图解法。 20．放大电路输出信号的能量来自直流电源。 二、选择题 1、在图示电路中，已知＝12V，晶体管的＝100，' R＝100k b Ω。当 U＝0V时，测得＝，若要基极电流＝20μA，则为kΩ。 i A A. 465 B. 565 2.在图示电路中，已知＝12V，晶体管的＝100，若测得＝
电子与电气工程学院 课程设计报告 课程名称模拟电子技术课程设计设计题目差动式放大电路 所学专业名称 班级 学号 学生姓名 指导教师 年月日
电气学院模拟电子技术课程设计 任务书 设计名称：差动式放大电路 学生姓名：指导教师： 起止时间：自年月日起至年月日止 一、课程设计目的 利用Multisim设计一个差动式放大电路。 二、课程设计任务和基本要求 设计任务：能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握设计的基本方法和步骤。 基本要求： 1. 加深对差动放大器性能及特点的理解； 2. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法； 3.在仿真软件中进行调试检测完成课程任务； 4.撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求，字数要求3000字以上。 目录 摘要与关键词 (4)
1.设计任务 (4) 2.系统工作原理 (4) 3.总电路图设计 (5) 4.仿真测试与分析 (7) 4.1 静态工作点分析 (7) 4.2 直流信号输入 (7) 4.2.1 直流差模信号分析 (7) 4.2.2 直流共模信号分析 (8) 4.3 交流信号输入 (8) 4.4 双端输入分析 (10) 4.4.1 单端输入共模信号分析 (10) 4.4.2 双端输入共模信号分析 (11) 5.设计总结 (13) 6.主要参考文献 (13)
摘要与关键词 摘要：差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。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，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。 关键词：差动放大器；Multisim软件；示波器；耦合器；晶体管 1.设计任务 利用Multisim设计一个差动式放大电路。主要参数：选用三极管2N2222A，采用±12V的双电源，差模电压增益|Avd|>20，共模抑制比KCMR>>20. 2.系统工作原理 图一系统工作原理图 单元单路的设计与选择 如图所示采用两个完全一样的三极管组成对称式结构作为差分放大电路的基本单元。
差动放大电路的分析与综合（计算与设计）实验报告 1、实验时间 10月31日(周五)17:50-21:00 2、实验地点 实验楼902 3、实验目的 1. 熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 2. 加深对差动放大器性能及特点的理解 3. 学习差动放大电路静态工作点的测量 4. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 5. 熟悉恒流源的恒流特性 6. 通过对典型差动放大器的分析，锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 7. 练习使用电路仿真软件，辅助分析设计实际应用电路 8. 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力 4、实验仪器 数字示波器、数字万用表、模拟实验板、三极管、电容电阻若干、连接线 5、电路原理 1. 基本差动放大器 图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。 部分模拟图如下 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有平衡电位器的 差动放大器 图是差动放大器的结 构。它由两个元件参数相 近的基本共射放大电路组 成。 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据
3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有恒流源的差动放大器 图2-3是差动放大器的结构。它由两个元件参数相近的基本共射放大电路组成。 1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 图3.1 差动放大器实验电路 当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。晶体管 T 3 与电阻3E R 共同组成镜象恒流源电路 , 为差动放大器提供恒定电流E I 。用晶体管恒流源代替发射极电阻 E R ，可以进一步提高差动 放大器抑制共模信号的能 力。 1、差动电路的输入输 出方式 根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式,即 : (l) 双端输入 -双端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 、2o V 两端。 (2) 双端输入 -单端输出，将差模信号加在1s V 、2s V 两端 , 输出取自1o V 或2o V 到地。 (3) 单端输入一双端输出，将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 、2o V 两端。 (4) 单端输入 -单端输出 将差模信号加在1s V 上,2s V 接地 ( 或1s V 接地而信号加在2s V 上 ), 输出取自1o V 或2o V 到地。
实验五 直流差动放大电路 一、实验目的 l.熟悉差动放大电路工作原理。 2.掌握差动放大电路的基本测试方法。 二、实验仪器 1.双踪示波器 2.数字万用表 3.信号源 三、预习要求 1.计算图5.1的静态工作点(设r bc =3K ，β=100)及电压放大倍数。 2.在图5.1基础上画出单端输入和共模输入的电路。 差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路，由典型的工作点稳定电路演变而来。为进一步减小零点漂移问题而使用了对称晶体管电路，以牺牲一个晶体管放大倍数为代价获取了低温飘的效果。它还具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号，由于不存在电容，可以不失真的放大各类非正弦信号如方波、三角波等等。差分放大电路有四种接法：双端输入单端输出、双端输入双端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。 由于差分电路分析一般基于理想化（不考虑元件参数不对称），因而很难作出完全分析。为了进一步抑制温飘，提高共模抑制比，实验所用电路使用V3组成的恒流源电路来代替一般电路中的R e ,它的等效电阻极大，从而在低电压下实现了很高的温漂抑制和共模抑制比。为了达到参数对称，因而提供了R P1来进行调节，称之为调零电位器。实际分析时，如认为恒流源内阻无穷大，那么共模放大倍数A C =0。分析其双端输入双端输出差模交流等效电路，分析时认为参数完全对称： 设2 ,,1 // / 2121P be be be R R R r r r = =====βββ，因此有公式如下： ),2 (2),)1((21/1L c B od be B id R R i u R r i u ??-=?++?=?ββ 差模放大倍数c O d d be L c id od d R R A A R r R R u u A 2,22)1(2 21/ ===++-=??= ββ
几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：
这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。
§5、1差动放大电路(第三页) 这一页我们来学习另一种差动放大电路和差动放大电路的四种接法 一：恒流源差动放大电路 我们知道长尾式差动电路，由于接入Re，提Array高了共模信号的抑制能力，且Re越大，抑制能 力越强，但Re增大，使得Re上的直流压降增 的值， 大，要使管子能正常工作，必须提高U EE 这样做是很不划算的。因此我们用恒流源代替 Re，它的电路图如右图所示： 代替Re即可恒流源差动放大电路的指标运算，与长尾式完全一样，只需用r o3 二：差动放大电路的四种接法 差动放大电路有两个输入端和两个输出端，因此信号的输入、输出方式有四种情况。 （1）双端输入、双端输出
(2)双端输入、单端输出 (3)单端输入、双端输出 (4)单端输入、双端输出
三：总结 由以上我们可以看出：差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模电压放大倍数与单管基本的放大电路相同；如为单端输出，它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半，输入电阻都相同。 下一节 返回 §5、2 集成运算放大器 集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路 一：集成运放的组成 它有四部分组成：1、偏置电路； 2、输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路 3、中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。 4、输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路 二：集成运放的性能指标（扼要介绍） 1、开环差模电压放大倍数 Aod 它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。 2、最大输出电压 Uop-p 它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。 3、差模输入电阻r id 它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。
[应用]差动放大电路原理介绍 从电路结构上说，差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路组成。由于电路具有许多突出优点，因而成为集成运算放大器的基本组成单元。一、差动放大电路的工作原理 最简单的差动放大电路如图7-4所示，它由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。在该电路中，晶体管T、T型号一样、特性相同，R为输入回路限流电12B1 阻，R为基极偏流电阻，R为集电极负载电阻。输入信号电压由两管的基极输入，B2C 输出电压从两管的集电极之间提取(也称双端输出)，由于电路的对称性，在理想情况下，它们的静态工作点必然一一对应相等。 图7-4 最简单的差动放大电路 1(抑制零点漂移 在输入电压为零， u= u= 0 的情况下，由于电路对称，存在I= I，i1 i2 C1 C2所以两管的集电极电位相等，即 U= U，故 C1 C2 u= U- U= 0。 o C1 C2 当温度升高引起三极管集电极电流增加时，由于电路对称，存在，导致两管集电极电位的下降量必然相等，即
所以输出电压仍为零，即。 由以上分析可知，在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。 抑制零点漂移是差动放大电路最突出的优点。但必须注意，在这种最简单的差动放大电路中，每个管子的漂移仍然存在。 2(动态分析 差动放大电路的信号输入有共模输入、差模输入、比较输入三种类型，输出方式有单端输出、双端输出两种。 (1)共模输入。 在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，即，这种输入方式称为共模输入。大小相等、极性相同的信号为共模信号。 很显然，由于电路的对称性，在共模输入信号的作用下，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。说明差动放大电路对共模信号无放大作用。共模信号的电压放大倍数为零。 (2)差模输入。 在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压，即u = -ui1i2 ,这种输入方式称为差模输入。大小相等、极性相反的信号，为差模信号。 在如图7-4所示电路中，设u> 0 u< 0，则在u的作用下，T管的集电i1 i2 i11极电流增大，导致集电极电位下降(为负值);同理，在U的作用下，T管i22的集电极电流减小，导致集电极电位升高(为正值)，由于 = ，很显然，和大小相等、一正一负，输出电压为 u- o =
差动放大电路 教学目的： 1、掌握基本差动放大电路的组成、工作原理、静态工作情况的分析 2、掌握恒流源差动放大电路的组成、工作原理、静态工作情况的分析 教学重点、难点： 差动放大电路对差模信号的放大作用，对共模信号的抑制作用 教学内容： 1 直接耦合放大器存在的问题 1.1前后级静态工作点的相互影响 在直接耦合放大器中, 由于级与级之间无隔直(流)电容, 因此各级的静态工作点相互影响, 从而要求在设计电路时, 合理安排, 使各级都有合适的静态工作点。 1.2零点漂移 若将直接耦合放大器的输入端短路（ui=0）, 理论上讲, 输出端应保持某个固定值不变。然而, 实际情况并非如此, 输出电压往往偏离初始静态值, 出现了缓慢的、无规则的漂移, 这种现象称为零点漂移。 2 基本差分放大电路 2.1电路组成 2.2工作原理 输入信号为零, 即u i1=u i2=0, 放大电路处于静态, 由于电路完全对称, 由下式可知对共模信号具有抑制作用.
I BQ1=I BQ2=I BQ I EQ1=I EQ2=I EQ I CQ1=I CQ2=I CQ U CQ1=U CQ2=U CC －I CQ Rc U O =U CQ1－U CQ2=0 2.3 静态工作点的计算 当输入信号为零时, 放大电路的直流通路如图所示, 由基极回路可得直流电压方程式为 U R I U R I EE e BEQ b BQ =++Re β ++-= = 122 1 R R U U I I b e BEQ EE BQ EQ ) (22121 2 11 2 12 1 R R I U U U U I I I I I I R U I I e c CQ EE CC CEQ CEQ CQ BQ BQ EQ CQ CQ e EE EQ EQ +-+≈== =≈= ≈=β 2.4动态性能分析 （1） 输入信号的类型 1、差模输入信号 在放大器两输入端分别输入大小相等、 相位相反的信号，即u i1=-u i2时，差模输入信号用u id 来表示。 2、共模输入信号 在放大器两输入端分别输入大小相等、相位相同的信号，即u i1=u i2时，共模输入信号常用u ic 来表示。 u i1=-u i2=1/2u id u i1=u i2=u ic 3、输入任意大小信号 不敷出在放大器两输入端分别输入大小不相等时，将其分解成差模信号和共模信号。 u id = u i1-u i2 uic =1/2( u i1+u i2) （2） 对差模信号的放大作用 当从两管集电极取电压时，其差模电压放大倍数表示为 R r R u u u u u u u u A b be c i o i i o o id od ud +- ==--= =β221 12 1 21 当在两个管子的集电极接上负载R L 时, ) 2///(' 'R R R R r R A L c L b be L ud =+- =β )(2r R r be b id += R r c od 2=
设计课题 设计一个具有恒流偏置的单端输入-单端输出差分放大器。 学校：延安大学
一： 已知条件 正负电源电压V V V V EE cc 12,12-=-+=+；负载Ω=k R L 20； 输入差模信号mV V id 20=。 二：性能指标要求 差模输入电阻Ω>k R id 10；差模电压增益15≥vd A ；共模抑制 比dB K CMR 50>。 三：方案设计及论证 方案一：
方案二
方案论证： 在放大电路中，任何元件参数的变化，都将产生输出电压的漂移，由温度变化所引起的半导体参数的变化是产生零点漂移的主要原因。采用特性相同的管子使它们产生的温漂相互抵消，故构成差分放大电路。差分放大电路的基本性能是放大差模信号，抑制共模信号好，采用恒流源代替稳流电阻，从而尽可能的提高共模抑制比。 论证方案一：用电阻R6来抑制温漂 ?优点：R6 越大抑制温漂的能力越强； ?缺点：<1>在集成电路中难以制作大电阻； <2> R6的增大也会导致Vee的增大（实际中Vee不
可能随意变化） 论证方案二 优点：（1）引入恒流源来代替R6,理想的恒流源内阻趋于无穷，直流压降不会太高，符合实际情况； （2）电路中恒流源部分增加了两个电位器，其中47R的用来调整电路对称性，10K的用来控制Ic的大小，从而调节静态工作点。 通过分析最终选择方案二。 四：实验工作原理及元器件参数确定 ?静态分析：当输入信号为0时， ?I EQ≈(Vee-U BEQ)/2Re ?I BQ= I EQ /(1+β) ?U CEQ=U CQ-U EQ≈Vcc-I CQ Rc+U BEQ 动态分析 ?已知：R1=R4,R2=R3
对于全差分放大器，一般可以得到更大的swing (由于差分信号)，同时可以实现对共模干扰、噪声以及偶数阶的非线性的抑制；但其需要有两个匹配的反馈网络，以及共模反馈电路 顺便提一下，对于全差分的折叠共源共栅（folded cascode）放大器，需要注意 转换速率（正向与负向）对输入对差分对的尾电流源和cascode电流源的考虑 非主极点的位置–输入对管的drain节点（注意全差分没有镜像极点的问题..），如果考虑PMOS输入的结构，将会折叠到n管的cascode，从而减小此节点阻抗，提高此非主极点的频率；但是P输入结构亦有其问题，如直流增益和cmfb电路的速度（考虑cmfb控制的为cascode的pmos电流源） 关于共模反馈CMFB 从反馈环路来看，共模的稳定问题来源于闭环的共模增益：由于输入差分对的尾电流源的local-feedback，通常共模增益较小，导致运放无法控制其输出共模点；通过CMFB共模反馈电路，可以提高共模反馈环路的增益，以稳定共模信号。 设计CMFB需考虑补偿以减小环路的稳定时间（settling time）和提高稳定性。 从性能上，我们希望共模反馈的单位增益带宽足够大，但由于cmfb的环路相较于差模通路可能有更多高频极点，故此在一定的功耗要求下其UGB一般比较难做的高，有书中提到可以将其设计为差模UGB 的1/3 一般共模反馈的方法是控制放大器的电流源，这里如果是folded-cascode的结构，可以考虑用cmfb控制cascode的电流源而不是输入差分对的电流源—-因其在共模环路中有较少的节点–>更容易补偿等..（另一种考虑是控制尾电流源可能导致共模增益的问题) 另外，对于cmfb控制的尾电流源，常见将尾电流源分为两半，其中之一由cmfb控制，另一半接恒定偏置电流；这种结构的具体分析可见Gray书12.4.2节的内容，简单来说，single-stage的opamp中控制尾电流源的cmfb结构，其UGB主要为gmt/CL, 其中gmt为尾电流源的跨导，这里拆分尾电流源来减半cmc共模控制的部分，这样UGB减小，即缩减带宽来提升共模反馈环路的相位裕度，当然cmfb的增益相应也减小了；另外恒定偏置部分也可帮助共模电压的初始建立，减小cmfb大的扰动。 具体的，共模反馈可以分为连续时间和开关电容两类 连续时间的共模反馈 一般的问题是信号幅度的限制和共模信号干扰，具体的共模反馈的方法： 1.电阻分压resistive-divider （如下左图） 电阻和cm-sense amplifier的输入电容会引入一个极点，可以通过在电阻上并联电容的方法，引入一个左半平面零点，来减小高频极点的影响
建平县职业教育中心备课教案 课题模块（单元）项目（课）差动放大电路 授课班级11电子授课教师安森授课类型新授授课时数 2 教学目标知识目标差动放大电路中共模负反馈电阻Re的作用，及其对差模信号和共模 信号的不同处理方法 能力目标差动放大电路动态参数计算 情感态度目标培养学生的学习兴趣，培养学生的爱岗敬业精神 教学核心教学重点典型差动放大电路——长尾电路的特点，静态和动态计算。 教学难点1、差动放大电路中共模负反馈电阻Re的作用，及其对差模信号和 共模信号的不同处理方法； 2、差动放大电路动态参数计算； 思路概述本讲以教师讲授为主。用多媒体演示典型差动放大电路——长尾电路的特点、静态和动 态计算等，便于学生理解和掌握。 教学方法读书指导法、演示法。 教学工具电脑，投影仪 教学过程 一、组织教学：师生互相问候，安全教育，上实训课时一定要听从老师的指挥，在实训室不要乱动电源。 二、复习提问： 三、导入新课： 1、直接耦合放大电路的零点漂移 直接耦合放大电路的零点漂移主要是晶体管的温漂造成的。在基本差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制温漂。在长尾电路和具有恒流源的差动放大电路中，还利用共模负反馈或恒流源抑制每只放大管的温漂。 2、差动放大电路组成及特点 1）电路组成 差分放大器是由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻耦合构成的。“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等，即Rc1=Rc2，Rb1=Rb2，1=2，VBE1=VBE2，rbe1= rbe2，ICBO1=ICBO2。 2）电路特性 （1）差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用； （2）差动放大电路对差模信号有放大作用； （3）共模负反馈电阻Re的作用：①稳定静态工作点。②对差模信号无影响。③对共模信号有负反馈作用：Re越大对共模信号的抑制作用越强；也可能使电路的放大能力变差。 3、差动放大电路的输入和输出方式 1）差动放大电路可以有两个输入端：同相输入端和反相输入端。根据规定的正方向，在某输入端加上一定极性的信号，如果输出信号的极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。反之，如果输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。 2）信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；若信号仅从
模拟集成电路课程设计报告电流镜负载的差分放大器
摘要: 差分放大器是最重要的电路发明之一，它可以追溯到真空管时代。有于差动放大具有很多有用的特性，像对差模输入信号的放大作用和对共模输入信号的抑制作用，所以它已经成为当代高性能模拟电路和混合信号电路的主要选择。电流源在差分放大器中广泛应用，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，稳定的基准电流则由一个相对复杂的电路来产生。在电流镜中，只需调整MOS管的W/L就能获得不同的、精确的复制电流。在本课程设计中，将根据典型电流镜负载差动对中，增益、带宽与MOS管W/L之间的关系，获得满足要求的放大器。
一.设计目标 ................................................................................................................................ - 1 - 二．单个MOS管的的特性 ...................................................................................................... - 2 - 2.1 、NMOS特性仿真...................................................................................................... - 2 - 2.2 、PMOS特性仿真 ...................................................................................................... - 4 - 三．电路设计与参数推导.......................................................................................................... - 6 - 3.1电路设计：.................................................................................................................... - 6 - 3.2手工推导参数................................................................................................................ - 7 - 四．差分放大器仿真 ................................................................................................................. - 9 - 4.1、HSPICE仿真：......................................................................................................... - 9 - 4.2、器件参数修改........................................................................................................... - 10 - 4.3 仿真波形..................................................................................................................... - 12 - 4.2、共模电平的范围：................................................................................................... - 13 - 4.3 数据对比..................................................................................................................... - 16 - 五.总结 ...................................................................................................................................... - 17 -
一：比例运算电路定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。（按输入信号加入不同的输入端分）比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式(1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示:输出特性：因为：，所以：从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。反向比例电路的特点： 一：比例运算电路 定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。 分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。（按输入信号加入不同的输入端分） 比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式 (1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示: 输出特性：因为：， 所以： 从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。 反向比例电路的特点： (1)反向比例电路由于存在"虚地",因此它的共模输入电压为零.即:它对集成运放的共模抑制比要求低 (2)输入电阻低:r i=R1.因此对输入信号的负载能力有一定的要求. (2)同相比例电路 输入信号加入同相输入端,电路如图(2)所示: 输出特性：因为：（虚短但不是虚地）；；
所以： 改变R f/R1即可改变Uo的值，输入、输出电压的极性相同 同相比例电路的特点： (1)输入电阻高；(2)由于(电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高 (3)差动比例电路 输入信号分别加之反相输入端和同相输入端,电路图如图(3)所示: 它的输出电压为： 由此我们可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算。二：和、差电路 (1)反相求和电路 它的电路图如图(1)所示:（输入端的个数可根据需要进行调整）其中电阻R'为: 它的输出电压与输入电压的关系为： 它可以模拟方程：。它的特点与反相比例电路相同。它可十
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1113 57 11 351 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 29 11 29 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
实验五 差动放大电路 一、实验目的 1. 熟悉差动放大电路工作原理。 2. 掌握差动放大电路的基本测试方法。 二、实验仪器 1. 模拟电路实验箱 2. 示波器 3. 信号发生器 三、预习要求 1. 差动放大电路的工作原理。 －12V v 2. 差动放大电路的工作特性： a) 零点漂移的抑制 b) 放大电路对共模信号没有放大作用：0≈c A c) 放大电路对差模信号具有放大作用：111i o d v v A = ，i o d v v A =
d) 共模抑制比c d CMR A A K = 表明放大器对共模信号的抑制能力 四、实验内容 1. 测量静态工作点 按图接线，两输入端接地(输入信号为零)。反复调整R P ，使放大器两输出端的对地电压相等，即V o = 0。测量放大电路的静态工作点。 2. 测量差模电压放大倍数 先将DC 信号源OUT 1和OUT 2分别接入差动放大电路的两输入端，然后调节DC 信号源，使其输出为+0.1V 和-0.1V 。 3. 测量共模电压放大倍数 将差动放大电路的两输入端同时与DC 信号源OUT 1或OUT 2连接，使放大电路引入共模信号。 4. 单端输入差动放大电路 按图接线，组成单端输入差动放大电路。在输入端分别接入 1±=i V V 或v i = 50mV 、f = 1kHz 的正弦波信号，测量放大器的电压放大倍数。并与双端输入时的单端及双端差模电压放大倍数进行比较。 输入正弦信号时，用示波器监视v c 1和v c 2的波形，若有失真现象可减小输入信号。
v －12V 五、实验报告 1.整理实验数据，计算各种接法的电压放大倍数，并与理论估算结 果相比较。 2.总结差放电路的性能和特点。
实验五差动放大电路 (本实验数据与数据处理由果冻提供, 仅供参考, 请勿传阅. 谢谢~ 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法二、实验原理 R P 用来调节T 1、T 2管的静态工作点， Vi ＝0时， VO ＝0。R E 为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用, 可以有效抑制零漂。 差分放大器实验电路图 三、实验设备与器件 1、±12V 直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、晶体三极管3DG6×3， T1、T 2管特性参数一致，或9011×3, 电阻器、电容器若干。四、实验内容
1、典型差动放大器性能测试 开关K 拨向左边构成典型差动放大器。 1 测量静态工作点①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端A 、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压V O ，调节调零电位器R P ，使V O ＝0。 ②测量静态工作点再记下下表。 2 测量差模电压放大倍数(须调节直流电压源Ui1=0.1V ,Ui2=-0.1V 3 测量共模电压放大倍数 理论计算：(r be =3K . β=100. Rp=330Ω 静态工作点: E3 BE
EE CC 212 E3 C3R V V R R R I I -++≈≈=1.153mA I c Q =Ic 3/2=0.577mA, I b Q =I c /β=0.577/100=5.77ｕA U CEQ =V cc-I c R c+U BEQ =12-0.577*10+0.7=6.93V 双端输出:(注:一般放大倍数A 的下标d 表示差模, 下标c 表示共模, 注意分辨P be B C i O d βR 2 1 r R βR △V△VA +++- ===-33.71 A c 双 =0. 单端输出: d i C1d1A 21△V△VA == =-16.86， d i C2d2A 2 1 △V△VA -===16.86
单端输入双端输出差动放大电路的设计 一、设计题目：单端输入双端输出差动放大电路。 二、设计目的：①熟悉multisim软件的使用方法。 ②掌握差动放大器的主要特性及其测试方法。 ③学习带恒流源的差动放大器的设计方法和调试方法。 三、电路简介及功能： 差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。 差动放大电路是是典型的直流放大电路基本形式，由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称，是运算放大器的前级电路，期中具有恒流源的差动放大电路，应用十分广泛，特别是在模拟电路中，常作为输入级或中间放大级。具有抑制零点漂移作用，是放大直流信号和缓慢变化信号的电路。差动放大电路按输入和输出的方式分为：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。 四、电路设计图：
12V V C C V 1 B J T _N P N _V R T U A L * V 2 B J T _N P N _V R T U A L * 50% 100k O h m K e y =a R7 V 3 B J T _N P N _V R T U A L * V 4 B J T _N P N _V R T U A L *-12V V E E V 21V 1000H z 0D e g Rc 120k o h m Rc 220k o h m RL 20k o h m Rb 168k o h m Rb 268k o h m Re 32k o h m Re 42k o h m R351k o h m 50% 10k O h m K e y =a Rw 2 2 3 8 9 11 V E E 210 V C C 1 4 5 10 14 16 单端输入双端输出差动放大电路 五、原理分析及理论计算： 差动放大电路的静态工作点主要由恒流源I0决定，故一般先设定I 0，I 0越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。但也不能太小，一般为几毫安左右。故这里取I0=1mA ，由公式得：I R =I 0=1mA I C1=I C2=I 0/2=0.5mA R be =300+(1+β) 2 /) (260I mV =3.4K Ω 要求R id >20K Ω,即
CC组态放大电路分析案例 —动态分析
h ie 共集(CC)放大电路交流通路 低频小信号等效电路 2.动态分析 h ie h fe i b i e
共集(CC)放大电路交流通路 低频小信号等效电路 电压增益A U o U i u A u (1+h fe )i b R L ' = i b h ie +(1+h fe )i b R L ' (1+h fe ) R L ' = h ie +(1+h fe ) R L ' R L '=R e //R L 通常(1+h fe )R L '>>h ie <1 A U ≈1 u o ≈u i ，输出跟随输入变化，所以CC 放大电路又称射极跟随器。 b c e h ie h fe i b i e
93/131 h ie 输入电阻 r i r i ' i i b u r i =() L R //R h h e f e ie )(1++=r i '= R b //r i (1+h fe ) (R e //R L )>>h ie 共集电路的输入电阻比共射的高。 输出电阻 × u o i o r o o o o u r i = = -i b [R s //R b + h ie ] -(i b + h fe i b ) = R s //R b + h ie 1+h fe 共集(CC)放大电路 r o i o 电流增益A I e I b 1i A i β ==+h fe i b u o
输入电阻 r i r i ' i i b u r i =() L R //R h h e f e ie )(1++=r i '= R b //r i 共集电路的输入电阻比共射的高。 输出电阻 r o ' o o o u r i == -i b [R s //R b + h ie ] -(i b + h fe i b ) = R s //R b + h ie 1+h fe 共集电路具有很低的输出电阻 共集(CC)放大电路 r 'o = R e //r o h ie r o ' h ie × u o i o r o r o 94/131