方案三差分放大电路
【项目目标】
知识目标
掌握场效应管的类型、场效应的电压控制作用及共源极放大电路的分析与应用。
能力目标
具有识别场效应管的能力，具有共源极放大的分析能力。
将J8、J9与 J6、J7之间分别加一毫安表，J10、J11连接与J12 改变电位器RP6.将测量的结果记录如下： A1间的电流 A2间的电流 知识点导入
镜像电流源的基本特性。
知识点讲解
基本镜像电流源电路如图所示。
T 1、T 2参数完全相同（即β1=β2，I CEO1=I CEO2）。 原理：因为V BE1=V BE2，所以I C1=I C2
β
C1
C1B C1REF 2
2I I I I I +=+=
I REF ——基准电流：C2REF
C1/21I I I =+=β
推出，当β>>2
时，I C2= I C1≈
I REF ()6060B1
Rp R U U Rp R V BE CC ++--=+-=
≈6
CC Rp R V +
优点： （1）I C2≈I REF ，即I C2不仅由I REF 确定，且总与I REF
相等。
（2）T 1对T 2具有温度补偿作用，I C2温度稳定性能好（设温度增大，使I C2增大，则I C1增大，而I REF 一定，因此I B 减少，所以I C2减少）。
缺点： （1）I REF （即I C2）受电源变化的影响大，故要求电源十分稳定。
（2）适用于较大工作电流（mA 数量级）的场合。若要I C2下降，则R 就必须增大，这在集成电路中因制作大阻值电阻需要占用较大的硅片面积。
（3）交流等效电阻R o 不够大，恒流特性不理想。
（4）I C2与I REF 的镜像精度决定于β。当β较小时，I C2与I REF 的差别不能忽略。
巩固训练：将电路图中的值按照电位的阻值代入进行计算？看测量结果与理论之间的误差？
电路测试2
将J8、J9与 J6、J7之间分别加一毫安表，改变电位器RP6.将测量的结果A1间的电流
图3.1.4 基本镜像电流源电路
A2间的电流
知识点导入
镜像电流源的基本特性。
知识点讲解
比例电流源（改进电路二）
带有发射极电阻的镜像电流源，它是针对基本镜像电流源缺点（3）进行的改进，其中R e1=R e2，两管输入仍有对称性，所以：
CC
e1
E1
BE
R
R
o/2
1
1
V
R
I
V
R
I
I
I
=
+
+
+
=
β
R
I≈
o
e1
BE
CC I
R
R
V
V
≠
+
-
求T2的输出电阻R o：
?
?
?
?
?
?
?
+
=
=
+
+
≈
+
=
+
-
=
o
b
e
e2
e
be
B
b
e1
D
e1
B
e2
e
ce
b
o
o
)
(
//
)
//(
)
(
i
i
i
R
i
r
R
i
R
R
r
R
R
R
R
i
r
i
i
vβ
)
(
e2
ce
e2
B
be
e2
e2
ce
o
R
r
R
R
r
R
R
r
R-
+
+
+
+
=β
≈)
1(
e2
B
be
e2
ce R
R
r
R
r
+
+
+
β
输出阻值较大，所以这种电流源具有很好的
恒流特性。温度稳定性比基本的电流源好得多。
若此电路R e1不等于R e2，则：
V BE1+I E1R e1=V BE2+I E2R e2
（式中，I E1即I R，I E2即I o）
图3.1.6 镜像电流源及其等效电路
≈
I o ≈
e2
e1
R BE2BE1)(R R I V V +-
参数对称的两管在I C 相差10倍以内时，|V BE1-V BE1|<60mV 。 所以，如果I o 与I R 接近，或I R 较大，则ΔV BE 可忽略。
o I ≈R e2
e1I R R
即只要合理选择两T 射极电阻的比例，可得合适的I o 、R o 。因此，此电流源又称为比例电流源。
巩固训练：将电路图中的值按照电位的阻值代入进行计算？看测量结果与理论之间的误差？
知识链接：
微电流源
有些情况下，要求得到极其微小的输出电流I C2，这时可令比例电流源中的R e1=0，如图3.1.7即可以在R e2不大的情况下得到微电流I C2。
原理：当I R 一定时，I o 可确定为：
BE 2e E2BE2BE1V R I V V ?==-
o I ≈e2
BE
e2BE2BE1E2R V R V V I ?=
-=
可见，利用两管基-射电压差ΔV BE 可以控制I o 。由于ΔV BE
的数值小，用阻值不大的R e2即可得微小的工作电流——微电流源。
)1(e2
5be1e2
ce o R R r R r R +++=β
微电流源特点：
（1）T 1，T 2是对管，基极相连，当V CC 、R 、R e2已知时，REF I ≈R
V CC
（略去V BE ），当V BE1、V BE2为定值时，e2
BE
C2R V I ?=
也确定了。 （2）当V CC 变化时，I REF 、ΔV BE 也变化，由于R e2的值一般为千欧级，变化部分主要降至R e2上，即ΔV BE2<<ΔV BE1，则I C2的变化远小于I REF 的变化。因此电源电压波动对工作电流I C2影响不大。
（3）T 1管对T 2管有温度补偿作用，I C2的温度稳定性好。总的说来，电流“小”而“稳”。小——R 不大时I C2可以很小（微安量级）。稳——R e2（负反馈）使恒流特性好，温度特性好，受电源变化影响小。进一步，电流的数学关系为：
I o R e2=V BE1-V BE2
而 I C ≈T BE /s e V V I
s
C
T BE ln
I I V V =
图3.1.7 微电流源电路
s
C1
s
C2s C1T e2o ln )mV (26)ln (ln
I I
I I
I I V R I =-=
C2
C1
e2o ln
)mV (26I I R I = 若
10C2
C1
=I I 则 I C2 R e =26ln10≈60mV
即电流每增加10倍，I C2R e 总是增加60mV 。因此得到电流每增加10倍，R e 上的电压增加60mV 的简单数学关系式，使计算十分方便。
思考：若要求提供10μA 的输出电流，使用V CC =6V 的电源，R =19kΩ，你如何设计这
个电流源？
前面曾提到，增大R c 可以提高共射放大电路的电压增益，但是，R c 不能很大，因为在集成工艺中制造大电阻的代价太高，而且，在电源电压不变的情况下，R c 越大，导致输出幅度越小。那么，能否找到一种元件代替R c ，其动态电阻大，使得电压增益增大，但静态电阻较小，因而不致于减小输出幅度呢？自然地，可以考虑晶体管恒流源。由于电流源具有直流电阻小，交流电阻大的特点，在模拟集成电路中较为广泛地把它作负载使用——有源负载，
【项目操作】
电路测试
1、观察此电路的组成
2、将J
3、J13与 J
4、J5之间分别加一毫安表，J1、J14连接。调整RP7使得两毫安表的电流相等。J3与J4之间放一电压表。观察此时电压表的读数。
知识点导入
差分放大电路基本特性、静态特性
知识点讲解
一、差分放大电路的静态特性
因没有输入信号，即v s1=v s2=0时，由于电路完全对称：
2
c2c1o c2c2c1c1c c2c1=-=====v v v i R i R i i i i
所以输入为0时，输出也为0。
电流源的主要应用
二、差分放大电路的基本特性 （一）零漂及电路组成
在直接耦合放大电路中提到了零漂的问题，抑制零漂的方法一般有如下几个方面： （1）选用高质量的硅管。
（2）采用补偿的方法，用一个热敏元件，抵消I C 受温度影响的变化。 （3）采用差动放大电路。
本节详细讨论差动放大器的工作原理和基本性能，如图3.2.1所示。 基本差动式放大器如图3.2.1所示。
T 1、T 2——特性相同的晶体管。电路对称，参数也对称，如：
V BE1=V BE2=V BE ，R c1=R c2=R c ， R b1=R b2=R b ，R s1=R s2=R s ， β1=β2=β；
电路有两个输入端：b 1端，b 2端；有个输出端：c 1端，c 2端。 （二）共模信号和差模信号。
若v s1=-v s2——差模输入信号，大小相等，对共同端极性相反的两个信号，用v sd 表示。 若v s1=v s2——共模输入信号，大小相等，对共同端的极性相同，按共同模式变化的信号，用v sc 表示。
实际上，对于任何输入信号和输出信号，都是差模信号和共模信号的合成，为分析简便，将它们分开讨论。
考虑到电路的对称性和两信号共同作用的效果有：
v s1→
2
21
212121sd sc s2s1s2s1s1v v v v v v v +=-++→ v s2→2
21212121sd sc
s2s1s2s1s2v v v v v v v -=+-+→
于是，此时相应的差模输入信号为：
v sd =v s1-v s2差模信号是两个输入信号之差，即v s1、v s2中含有大小相等极性相反的一对信号。
共模信号：v sc =(v s1+v s2)/2 共模信号则是二者的算术平均值，即v s1、v s2中含有大小相等，极性相同的一对信号。即对于差放电路输入端的两个任意大小和极性的输入信号v s1和v s2均可分解为相应的差模信号和共模输入信号两部分。 (三)、差模信号和共模信号的放大倍数
放大电路对差模输入信号的放大倍数称为差模电压放大倍数A VD ：A VD =v o /v sd 。 放大电路对共模输入信号的放大倍数称为共模电压放大倍数A VC ：A VC =v o /v sc 。
在差、共模信号同存情况下，线性工作情况中，可利用叠加原理求放大电路总的输出电压v o 。
v o =A VD v sd +A VC v sc
例题讲解：如图3.2.2所示，v s1=5mV ，v s2=1mV ，则v sd =5-1=4mV ，v sc =0.5(5+1)=3mV 。 也就是说，两个输入信号可看作是
sd sc s121
v v v +=
sd sc s22
1
v v v -=
v s1=5mV →3mV+2mV v s2=1mV →-3mV+2mV
差模输入信号v sd =4mV 和共模输入信号v sc =3mV 叠加而成。
电路测试3
将J3、J13与 J4、J5之间分别加一毫安表，J1、J14连接。调整RP7使得两毫安表的电流相等。J3与J4之间放一电压表。J14、J15与J16、J17之间加一信
知识点导入
差分放大电路动态特性
知识点讲解
从测量的结果看：v b1增大使得i b1增大，使i c1增大使得v c1减小。v b2减小使得i b2减小，又使i c2减小，使得v c2增大。
由此可推出：
v o =v c1-v c2=2v （v 为每管变化量）。若在输入端加共模信号，即v s1=v s2。由于电路的对称性和恒流源偏置，理想情况下，v o =0，无输出。
这就是所谓“差动”的意思：两个输入端之间有差别，输出端才有变动。
3. 在差动式电路中，无论是温度的变化，还是电流源的波动都会引起两个三极管的i c
及v c 的变化。这个效果相当于在两个输入端加入了共模信号，理想情况下，v o 不变从而抑制了零漂。当然实际情况下，要做到两管完全对称和理想恒流源是比较困难的，但输出漂移电压将大为减小。
综上分析，放大差模信号，抑制共模信号是差放的基本特征。通常情况下，我们感兴趣的是差模输入信号，对于这部分有用信号，希望得到尽可能大的放大倍数；而共模输入信号可能反映由于温度变化而产生的漂移信号或随输入信号一起进入放大电路的某种干扰信号，对于这样的共模输入信号我们希望尽量地加以抑制，不予放大传送。凡是对差放两管基极作用相同的信号都是共模信号。
常见的有：
（1）v i1不等于-v i2，信号中含有共模信号；（2）干扰信号（通常是同时作用于输入端）； （3）温漂。
静态估算：
s
b b2b1b c
b2b1c
c CC c2c1c c2c122
R i v v i
i i i i R i V v v i i i i -===
=-=-===
==β
β
电路测试4
将J3、J13与 J4、J5之间分别加一毫安表，J1、J14连接。调整RP7使得两毫安表的电流相等。J3与J4之间放一电压表。J14、J15与J16、J17之间加一信号源，1、两信号源所加电压大小相等，方向相反，测量结果？
2、两信号源所加电压大小相等，方向相同，测量结果？
知识点导入
差分放大电路动态特性
知识点讲解
差放电路有两个输入端和两个输出端。同样，输出也分双端输出和单端输出方式。组合起来，有4种连接方式：双端输入双端输出、双入单出、单入双出、单入单出。
1．双入双出
（1）输入为差模方式：2
sd
S2S1v v v =
-=，若i c1上升，而i c2下降。电路完全对称时，则|Δi c1| =|Δi c2|因为I 不变，因此Δv e =0（v o1=v c1，v o2=v c2）。
be
s c
s1o1s1o1s2s1o2o1sd o VD 22r R R v v v v v v v v v v A +-===--==β
即A VC =A 1（共发射单管放大电路的放大倍数）。
有负载R L 时
）（2///''
'L c L be
s L VD R R R r R R A =+-
=β
图3.2.4 差动放大器共模输入交流通路及其等效电路
因为R L 的中点是交流地电位，因此在其交流通路中，电路中线上各点均为交流接地，由此可画出信号的交流通路如图3.2.4所示，由上面的计算可见，负载在电路完全对称，双入双出的情况下，A VD =A 1，可见该电路使用成倍的元器件换取抑制零漂的能力。
差模输入电阻R i ——从两个输入端看进去的等效电阻R i =2r be 。 差模输出电阻R o 的值为R o =2R c R o 、R i 是单管的两倍。
（2）输入为共模方式：v s1=v s2，此时变化量相等，v c1=v c2
0sc c2
c1sc o2o1sc o VC =-=-==v v v v v v v v A
实际上，电路完全对称是不容易的，但即使这样，A VC 也很小，放大电路的抑制共模能
力还是很强的。
巩固训练：J3与地连接，将J4悬空，计算电路的放大倍数和输入电阻及
输出电阻。
知识链接 单入双出、单出
若v s1=v i ＞0，则i c1增大，使i e1也增大，v e 增大。由于T 2的b 级通过R s 接地，如图3.2.6所示，则v BE2=0-v e =-v e ，所以有v BE2减小，i c2也减小。整个过程，在单端输入v s 的作用下，
两T 的电流为i c1增加，i c2减少。所以单端输入时，差动放大的T 1、T 2仍然工作在差动 状态。
图3.2.5 2R e 为等效电阻
图3.2.6 单端输入、双端输出电路
从另一方面理解：v s1=v i ，v s2=0将单端输入信号分解成为一个差模信号v sd 和共模信号v sc
2
2)(i s2s1sc i
s2s1sd v v v v v v v v =
+==-= 将两个输入端的信号看作由共模信号和差模信号叠加而成，即：
2222
22i
i sd sc 2s i
i sd sc 1s v v v v v v v v v v -
=-=+=+=
电路输出端总电压为：v o =A VC v sc +A VD v sd
经过这样的变换后，电路便可按双入情况分析：
L
VC VD s be 0R A A R r β==-
+， （1）如为双端输出，则似双入双出中分析：
L c L o VD sd VD i
(//0.5)R R R v A v A v ===
即可看为单入双出时的输出v o 与双入双出相同。 （2）如为单端输出（设从T 1，c 极输出），则似双入单出中分析
e be s L VC 2)1('R r R R A ββ+++-
=≈e
L 2'
R R - 2
)
(2)
//'(i
VC i VD sc VC sd VD o be s L
VD L c L v A v A v A v A v r R R A R R R +=
+=+-
==β
（3）差模输入电阻： 当R e 很大时（开路），可近似认为R i 与差动输入时相似R i ≈2r be （4）输出电阻： 双出：R o =2R c 单出：R o =R c
注：对于单入单出的情况，从T 1的c 极输出，和从T 2的c 极输出时输入，输出的相位关系是不同的。
从T 1的c 极输出如图3.2.7所示。 设v i 的瞬时极性大于零，则i c1增大，v c1减小，所以输出与输入电压相位相反，所以A VD <0。 从T 2的c 极输出如图3.2.8所示。
设v i 的瞬时极性大于零，则i c1增大，v e 增大，使得v BE2减小，所以i c2减小，v c2增大，输入输出相位相同。所以A VD >0。
由以上分析可知在单入单出差放电路中，如果从某个三极管的b 极输入，然后从同一个T 的c 极输出，则v o 和v i 反相；如果从另一T 的c 极输出，则v o 和v i 同相。顺便提一下，在单出的情况下，常将不输出的三极管的R c 省去，而将T 的c 极直接接到电源V CC 上。
图3.2.7 从T 1的c 极输出
图3.2.8 从T 2的c 极输出
电路测试5
1、 测量差模放大倍数A Vd 将TP9接地，从 TP8处输入峰峰值为50mV ，频率为1KHz 的差模信号V id 。参见图7-1，用毫伏表分别测出双端输出差模电压V od （Uo1–Uo2）和单端输出电压V od1(Uo1)、V od2(Uo2)。用示波器观察它们的波形(V od 的波形观察方法：用两个探头，分别测V od1、V od2的波形，微调档相同，按下示波器Y2反相按键，在显示方式中选择叠加方式即可得到所测的差分波形)。并计算出差模双端输出的放大倍数A Vd 和单端输出的差模放大倍数A Vd1或A Vd2。记入自制表格中。
2、 测量共模放大倍数A VC
连接输入端TP8和TP9，则R1与R2从电路中断开。从TP8端输入峰峰值为5V ，频率为1KHz 的共模信号，用毫伏表分别测量T1、T2两管集电极对地的共模输出电压UO C1和UO C2，用示波器观察它们的波形，则双端输出的共模电压为UO C =UO C1-UO C2，并计算出单端输出的共模放大倍数A VC1（或A VC2）和双端输出的共模放大倍数A VC 。
知识点导入
共模抑制比
知识点讲解
共模抑制比
共模抑制比K CMR 是衡量差放抑制共模信号能力的一项技术指标。
定义： ||VC VD CMR A A
K =
有时用分贝数表示：
dB ||
g 201VC
VD
CMR A A K = A VD 越大，A VC 越小，则共模抑制能力越强，放大器的性能越优良，所以K 越大越好。
在差放电路中，若电路完全对称，如图3.2.9所示，则有：
图3.2.9 基本差动放大电路在共模输入时的交流通路
（1）双端输出时，K CMR 趋于无穷（A VC →0）。 （2）单端输出时，
||
VC VD CMR A A K =≈
be
s e
r R R +β 由此得，恒流源的交流电阻R e 越大，K 越大，抑制共模信号能力越强。
)
/1(CMR sd sc sd VD sc VD
sd VD sc
VC sd VD o K v
v v A v K A v A v A v A v +=+
=+=
由此知，设计放大器时，必须至少使 K CMR >v sc /v sd 。例如：设K CMR =1 000，v sc =1mV ，
v sd =1μV ，则1/CMR sd sc =K v
v 。
这就是说，当K =1 000时，两端输入信号差为1μV 时所得输出v o 与两端加同极性信号1mV 所得输出v o 相等。若K CMR =10 000，则后项只有前项1/10，再一次说明K 越大，抑制共模信号的能力越强。
巩固训练：将上述所测量结果代入公式求相应共模抑制比。
【技能训练】
对照电路图在面包板上搭建差分放大电路，并放入防盗报警器中。
【项目总结】
【拓展训练】
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 ()e s BE EE R 12R U V β++-
（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 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: 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 be s c s1o1s2s1o2o1id o ud r R R 22u u A +-==--== βv v v v v v
华中科技大学电子线路设计实验报告 专业自动化班级 日期2010.4.30 成绩 实验组别19 第次实验 学生姓名（签名）指导教师（签名）设计课题：具有恒流源的单端输入——单端输出差分放大器设计 一、已知条件 1.+V CC=+12V 2.R L=2kΩ 3.V i=10mV(有效值) 4.R s=50Ω 二、性能指标要求 A V＞30 Ri＞2kΩ Ro＜3kΩ fL＜30Hz fH＞500kHz 电路稳定性好。
三、电路工作原理 电路图： 电路工作原理描述 采用分压式电流负反馈偏置电路，以稳定电路的Q点，原理：利用电阻RB1,RB2的分压固定基极电位VBQ，当满足条件I1>>IBQ时，如果环境温度升高，ICQ↑→VEQ↑→VBE↓→VBQ↓→ICQ↓，结果抑制ICQ变化。
电路设计过程： 选定VBQ ，VBQ=3~5V,或(1/3~1/5)VCC ； 选定ICQ ，并确定RE ； ICQ=0.5~2mA,RE=VEQ/ICQ; 选定I1, I1=（5~10） IBQ ，根据I1和VBQ 计算RB1，RB2； 计算RC ； RC 受到A V 与RO 的限制； 检查，修正参数； 根据对FL ，FH 的要求，选择电容CB 、CC 和CE 测得β=225； 由A V > 30, Ri > 2 k Ω, Ro < 3 k Ω, fL < 30 Hz 由1660 26) 1(200=++≈E be I mV r β,得 IE =3mA 取V EQ =2.4V; R E =V EQ /I CQ 取1.2K Ω; R B2=V BQ /I 1 取37K Ω; R B1=(Vcc-V BQ )/I 1 取30K Ω; ) (21 ) 10~3(be s L B r R f C +>π 取 CB = 22 uF
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。
1.双端输入单端输出电路 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： 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：
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。 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 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
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。 输出电压 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。 改进型差分放大电路 在差分放大电路中，增大发射极电阻Re的阻值，可提高共模抑制比。但集成电路中不易制作大阻值电阻；采用大电阻Re要采用高的稳压电源，不合适。如设晶体管发射极静态电流为0.5mA，则Re中电流为1mA。当Re为10kΩ时，电源VEE的值为10.7V。在同样的静态工作电流下，若Re＝100kΩ，VEE的值约为100V。 为了既能采用较低的电源电压，又能采用很大的等效电阻Re，可采用恒流源电路来取代Re。晶体管工作在放大区时，其集电极电流几乎仅决定于基极电流而与管压降无关，当基极电流
一种典型的差分放大电路设计与测试 2011-01-12 10:12:26 来源：21ic 关键字：放大电路共模运放差分放大器低通滤波器保护器件失调电压输入偏置电流温度漂移寄生电感 摘要：简述一种典型的差分输入差分输出放大电路的设计、仿真和测试方法，讨论其设计原理及需要解决的问题。重点讲述差分滤波器的设计和计算，指出与单端放大电路在设计和测试中的不同之处，并结合实际工作中的经验，就直流信号和交流信号的测试分别给出了一种简易案例。 与普通单端放大器相比，差分放大器可以有效抑制输入信号中的共模噪声和地线电平电压浮动对电路的影响，因此，在工业应用中广受青睐。差分放大器中以仪表放大器应用最为广泛。随着技术的发展，支持差分输入的ADC、MCU 越来越多，由于差分传输能更好地抑制共模干扰，信号传输距离更远，越来越多的场合将使用差分传输。但是，一般的仪表放大器仅支持单端输出。 因此，采用双运放搭建了一种差分输入差分输出放大电路。与普通的单端放大电路相比，差分放大电路在设计、分析、仿真和测试中有许多不同之处，而这些知识在一般的模拟电路教材中很少介绍。 1 差分放大电路设计 根据被放大信号的不同, 可以将差分放大电路分成两种。一种是直流耦合差分放大电路，其输入端没有隔直电容，可以同时放大直流和交流信号，如图1 所示。另一种是交流耦合差分放大电路，其输入端有隔直电容，用来隔离直流分量，放大信号中的交流成分，如图2 所示。
直流耦合差分放大电路 交流耦合差分放大电路 1.1 直流耦合差分放大电路 直流耦合差分放大电路由差分比例放大电路、差分滤波器、保护器件和补偿电阻四部分组成。其输入-输出关系为：
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。
方案三差分放大电路 【项目目标】 知识目标 掌握场效应管的类型、场效应的电压控制作用及共源极放大电路的分析与应用。 能力目标 具有识别场效应管的能力，具有共源极放大的分析能力。
将J8、J9与 J6、J7之间分别加一毫安表，J10、J11连接与J12 改变电位器RP6.将测量的结果记录如下： A1间的电流 A2间的电流 知识点导入 镜像电流源的基本特性。 知识点讲解 基本镜像电流源电路如图所示。 T 1、T 2参数完全相同（即β1=β2，I CEO1=I CEO2）。 原理：因为V BE1=V BE2，所以I C1=I C2 β C1 C1B C1REF 2 2I I I I I +=+= I REF ——基准电流：C2REF C1/21I I I =+=β 推出，当β>>2 时，I C2= I C1≈ I REF ()6060B1 Rp R U U Rp R V BE CC ++--=+-= ≈6 CC Rp R V + 优点： （1）I C2≈I REF ，即I C2不仅由I REF 确定，且总与I REF 相等。 （2）T 1对T 2具有温度补偿作用，I C2温度稳定性能好（设温度增大，使I C2增大，则I C1增大，而I REF 一定，因此I B 减少，所以I C2减少）。 缺点： （1）I REF （即I C2）受电源变化的影响大，故要求电源十分稳定。 （2）适用于较大工作电流（mA 数量级）的场合。若要I C2下降，则R 就必须增大，这在集成电路中因制作大阻值电阻需要占用较大的硅片面积。 （3）交流等效电阻R o 不够大，恒流特性不理想。 （4）I C2与I REF 的镜像精度决定于β。当β较小时，I C2与I REF 的差别不能忽略。 巩固训练：将电路图中的值按照电位的阻值代入进行计算？看测量结果与理论之间的误差？ 电路测试2 将J8、J9与 J6、J7之间分别加一毫安表，改变电位器RP6.将测量的结果A1间的电流 图3.1.4 基本镜像电流源电路
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。
《IC课程设计》报告 电流镜负载的差分放大器设计 摘要 在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。而且，工作在包河区的MOS器件可以当作一个电流源。 在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。而电流镜的作用就是精确地复制电流而不收工艺和温度的影响。在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。而本题就是利用这一原理来实现的。 目录 1设计目标 (1) 2相关背景知识 (2) 3设计过程 (6) 3.1 电路结构设计 (6) 3.2 主要电路参数的手工推导 (6) 3.3 参数验证（手工推导） (7) 4 电路仿真 (9) 4.1 用于仿真的电路图 (9) NMOS： (9) PMOS (9) 整体电路图 (10) 4.2 仿真网表（注意加上注释） (10) 4.3 仿真波形 (13) 5 讨论 (17) 6 收获和建议 (17) 参考文献 (19)
1设计目标 设计一个电流镜负载的差分放大器，参考电路图如下：
2相关背景知识 据题目所述，电流镜负载的差分放大器的制作为0.35um CMOS 工艺，要求在5v 的电源电压下，负载电容为2pF 时，增益带宽积大于25MHz ，低频开环增益大于100，同时功耗和面积越小表示性能越优。 我们首先根据0.35um CMOS 工艺大致确定单个CMOS 的性能，即在一定值的W/L 下确定MOS 管在小信号模型中的等效输出电阻和栅跨导，然后记下得到的参数并将其带入到整体电路中计算，推导电流镜负载的差分放大器电路中的器件参数，例如，小信号模型的增益、带宽、功耗等，再分析是否满足题目中的各项指标的要求。若不满足，则依据摘要理所说的，调节晶体管的宽度，然后用调整后的参数进行仿真、验证，直到符合要求为止。 相关背景知识： 1. 差分式放大器 差分式放大器是由两个各项参数都相同的三端器件（包括BJT 、FET ）所组成的差分式放大电路，并在两器件下端公共接点处连接一电流源。差分式又分为差模和共模信号：输入电压Vid 为Vi1和Vi2的差成为共模电压；另外，若输入电压Vic 为VI1和Vi2的算术平方根，则称为共模电压。当输入电压是共模形式时，，即在两个输入端各加入相同的信号电压，在差分放大电路中，无论是温度变化，还是电源波动引起的变化，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号，两输出端输出的共模电压相同，故双端输出时输出电压为零；当输入电压是差模形式时，即在电路的两个输入端各加一个大小相等、极性相反的信号电压，一管电流将增加，另一管电流则减小，所以在两输出端间有信号电压输出。而差分放大器正是利用共模输入的特点来克服噪声信号和零点漂移的。此题要求用双端差模信号输入，单端输出，相应的计算公式如下： 1. 差模输入电压：12 id i i v v v =- 2. 共模输入电压：() 122 i i ic v v v += 3. 差模输出电压：12 od o o v v v =- 4. 共模输出电压：12 2 o o oc v v v += 5. 双端输入——单端输出的差模电压增益： 2(2|| v d m d s d s A g r r = 6. 双端输入——单端输出的等效栅跨导：
实验三差分放大电路 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 图3－1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。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器R P 用来调节T 1、T 2 管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压U O ＝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，因而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，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 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。 它用晶体管恒流源代替发射极电阻R E ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。 1、静态工作点的估算 典型电路 E BE EE E R U U I -≈ （认为U B1＝U B2≈0） E C2C1I 2 1 I I == 恒流源电路 E3 BE EE CC 2 1 2 E3C3R U )U (U R R R I I -++≈≈ C3C1C1I 2 1 I I == 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A d 由输出端方式决定，而与输入方式无关。 双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时， P be B C i O d β)R (12 r R βR △U △U A +++- == 单端输出 d i C1d1A 21 △U △U A == d i C2d2A 2 1 △U △U A -==
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
一种典型的差分放大电路设计与测试 姜鹏, 徐科军时间:2011年01月21日来源:微型机与应用2010 年第20期 字体: 大中小关键词:差分输入差分输出放大电路差分信号 摘要：简述一种典型的差分输入差分输出放大电路的设计、仿真和测试方法，讨论其设计原理及需要解决的问题。重点讲述差分滤波器的设计和计算，指出与单端放大电路在设计和测试中的不同之处，并结合实际工作中的经验，就直流信号和交流信号的测试分别给出了 一种简易案例。 关键词：差分输入；差分输出；放大电路；差分信号与普通单端放大器相比，差分放大器可以有效抑制输入信号中的共模噪声和地线电平电压浮动对电路的影响，因此，在工业应用中广受青睐。差分放大器中以仪表放大器应用最为广泛[1]。随着技术的发展，支持差分输入的ADC、MCU越来越多，由于差分传输能更好地抑制共模干扰，信号传输距离更远，越来越多的场合将使用差分传输。但是，一般的仪表放大器仅支持单端输出。因此，采用双运放搭建了一种差分输入差分输出放大电路。与普通的单端放大电路相比，差分放大电路在设计、分析、仿真和测试中有许多不同之处，而这些知识在一般的模拟电路教材中很少介绍。 1 差分放大电路设计
根据被放大信号的不同,可以将差分放大电路分成两种[2]。一种是直流耦合差分放大电路，其输入端没有隔直电容，可以同时放大直流和交流信号，如图1所示。另一种是交流耦合差分放大电路，其输入端有隔直电容，用来隔离直流分量，放大信号中的交流成分，如图 2所示。
1.1 直流耦合差分放大电路 直流耦合差分放大电路由差分比例放大电路、差分滤波器、保护器件和补偿电阻四部分组成。其输入-输出关系为：
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
综合课程设计研究报告 课题名称：全差分两级运放 研究人员： 指导教师：王向展宁宁 201 年1月1日 微电子与固体电子学院
目录 一、绪论 (1) （一）研究工作的背景与意义 (1) （二）国内外现状分析 (1) 二、研究目标、研究内容与技术指标 (1) （一）研究目标 (2) （二）研究内容 (2) （三）关键技术 (2) （四）技术指标 (3) 三、电路工作原理 (3) （一）电路结构理论 (4) （二）关键电路模块 (4) （三）非理想效应 (5) 四、电路设计与仿真 (6) （一）电路设计方案 (6) （二）电路设计结构 (9) （三）电路仿真及结果 (10) 五、全文总结与展望 (12) 参考文献 (13)
一、绪论 （一）研究工作的背景与意义 随着模拟集成电路技术的发展，高速、高精度运算放大器得到广泛应用。全差分运算放大器在输入动态范围、抑制共模信号和噪声的能力等方面，较单端输出运放有很大优势，成为应用很广的电路单元。另外，全差分输出时的输出电压信号幅度比单端输出时增大一倍，这对低电源电压供电的现代CMOS电路尤为重要，因为这可以扩大输出信号的动态范围。因此，本文讨论并设计了满足一定要求的全差分运算放大器。 （二）国内外现状分析 从第一颗运算放大器IC问世到现在，运算放大器技术已经在半导体制造工艺和电路设计两方面取得了巨大进展。在大约40年的发展过程中，IC制造商们利用上述先进技术设计出了近乎“完美”的放大器。虽然什么是理想放大器很难有一个精确定义，但它却为模拟设计工程师提供了一个目标。理想放大器应该无噪声、具有无穷大增益、无穷大输入阻抗、零偏置电流以及零失调电压，它还应该不受封装尺寸限制，不占用空间。上述这些，都是许多教科书为了得到简单的传递函数而做出的种种假设。 未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一,便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长;其二,高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器;其三,由于性能和价格压力持续上扬,因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。测试和测量、通信、医疗影像等领域的先进应用是提升放大器性能的主要驱动力;DSL和消费类视频应用是最大的市场,而且未来将继续此趋势。其中,DSL运放的增长点主要在于线路驱动器。而整合了滤波、多路技术以及DC恢复等功能的消费类视频放大器也被看好。从应用的角度讲,不同的系统对运放有不同要求,选择合适的运放对于系统设计至关重要。对于通信、高速测量仪表及超声波设备等高速应用,交流特性极为重要。但对于低速的高精度系统,直流方面的特性则通常更为重要。衡量系统在交流特性方面的参数有信号带宽、失真率、噪声等;而衡量系统在直流特性方面的参数有输入补偿电压、开环增益、输入偏置电流及共模抑制比等。
基于Multisim的差分放大电路仿真分析 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。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，因而一直是模拟电子技术中的难点。Muhisim作为著名的电路设计与仿真软件，它不需要真实电路环境的介入，具有仿真速度快、精度高、准确、形象等优点。因此，Multisim被许多高校引入到电子电路实验的辅助教学中，形成虚拟实验和虚拟实验室。通过对实际电子电路的仿真分析，对于缩短设计周期、节省设计费用、提高设计质量具有重要意义。 1 Multisim8软件的特点 Muhisim是加拿大IIT(Interactive Image Tech—nologies) 公司在EWB(Electronics Workbench)基础上推出的电子电路仿真设计软件，Muhisim现有版本为Muhisim2001，Muhisim7和较新版本Muhisim8。它具有这样一些特点： （1）系统高度集成，界面直观，操作方便。将电路原理图的创建、电路的仿真分析和分析结果的输出都集成在一起。采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。操作方法简单易学。 (2)支持模拟电路、数字电路以及模拟／数字混合电路的设计仿真。既可以分别对模拟电子系统和数字电子系统进行仿真，也可以对数字电路和模拟电路混合在一起的电子系统进行仿真分析。
(3)电路分析手段完备，除了可以用多种常用测试仪表(如示波器、数字万用表、波特图仪等)对电路进行测试以外，还提供多种电路分析方法，包括静态工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析等。 (4)提供多种输入／输出接口，可以输入由PSpice 等其他电路仿真软件所创建的Spice网表文件，并自动形成相应的电路原理图，也可以把Muhisim环境下创建的电路原理图文件输出给Protel等常见的印刷电路软件PCB进行印刷电路设计。 2 差分放大电路仿真分析 运行Muhisim 8，在绘图编辑器中选择信号源、直流电源、三极管、电阻，创建双端输入双端输出差分放大电路(双入双出差分放大电路)如图1所示，标出电路中的结点编号。 该次仿真中，采用虚拟直流电压源和虚拟晶体管，差分输入信号采用一对峰值为5 mV、频率为1 kHz的虚拟正弦波信号源。设置虚拟晶体管的模型参数BF= 150，RR=300Ω。
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 -
典型差分放大电路 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
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: 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: c o1o2o1o ud R 2u A -==-== βv v v
差分放大电路仿真分析 差分放大电路是集成运算放大器的主要单元电路之一，它具有很强的抑制零点漂移的能力。作为集成运算放大器的输入级，差分放大电路几乎完全决定着集成运算放大器的差模输入特性、共模抑制特性、输入失调特性和噪声特性。 差分放大电路经由两个参数完全相同的晶体管组成，电路结构对称。电路具有两个输入端和两个输出端，因此差分放大电路具有四种形式：单端输入单端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出以及双端输入双端输出。 实验内容： 一、理想差分放大电路 1、绘制电路图 启动Capture CIS程序，新建工程，利用Capture CIS绘图软件，绘制如下的电路原理图。 双击正弦电压源VS+的图标，在弹出的窗口中设置AC为10mV，DC为0V，VOFF为0，V AMPL为10m，VFREQ1kHz。VS-的设置除AC为-10mV外，其余均与VS+同。 2、直流工作点分析 选择Spice | New Simulation Profile功能选项或单击按钮，打开New Simulation对话框，在Name文本框中输入Bias，单击Create按钮，弹出Simulation Settings-Bias对话框，设置如下：
保存设置，启动PSpice A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口，可以在PSpice A/D窗口中选择View | OutPut Filse功能菜单选项，查看输出文件。
在Capture CIS窗口中，单击I 、V按钮，此时电路图中显示电路的静态工作电压与电流值，如下图： 3、双端输入是的基本特性 上面的电路是双端输入的形式，可以利用上面的电路来分析双端输入时的电路特性。 将分析类型设为交流扫描分析AC Sweep。选择PSpice | New Simulation