【电赛公开课】模拟电路基础知识讲座_第13课时_差分放大电路

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查看: 941回复: 2 发表于 2019-1-15 10:02:57   只看该作者
本帖最后由 电赛小编 于 2019-1-17 10:05 编辑

关于电赛公开课
《模拟电路基础知识讲座》由 TI 邀请青岛大学傅强老师录制,深入浅出的介绍了模拟电路及电源相关的基础知识,帮助大家由浅入深地了解产品,更轻松的进行产品的选型和设计。
本课程共计80节视频内容,视频解析文字课40节,每周二、周四更新,欢迎同学观看学习。

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本节文字课程相关视频:
差分放大电路(点击前往观看)


在电子电路基础知识章节我们讲过,所有电子元件的特性多少都会受温度影响,但是半导体材料受影响最大。
1) 对于PN结来说,温度系数高达-2.5mV/℃,意思是二极管的管压降UAK或三极管管压降UBE随温度升高而降低(变得更易导电)。
2) 在共射放大电路中,由于温度变化产生的ΔUBE实际等同于输入信号ui的“地位”,输出信号因而也会发生与输入信号无关变动,这种捣蛋的现象称为“温漂”。

如图1所示的差分电路是消除温漂的基本思想:
1) 输入信号在加载两个共射放大电路的输入端(ui1-ui2),输出信号取差值(uO1-uO2)。
2) 由于温漂在两只三极管上产生同样的ΔUBE,所以引起的结果在输出端会相互抵消。

1.jpg
图1 差分电路基本结构

3) 图1所示的电路不太实用,无法做到输入信号单端输入,也无法做到单端输出。

实用的差分电路如图2所示,
1) 简单起见,图2所示电路使用了正负电源供电,这样避免过多的偏置电路影响讲解重点。
2) 图2也有两个信号输入端,两个信号输出端,但是它可以单端输入和单端输出。
3) VE点接在恒流源上,而不是接地,所以有:
2.jpg (1)
3.jpg (2)

4.jpg
图2 长尾式差分电路

只考虑温漂,即当输入量ui不变而温度变化时:
1) 对式(2)求导(取Δ),可得
5.jpg (3)

2) 式(3)意味着,温漂所引起ΔuBE的变化,会被ΔVE所补偿。
3) 所以,加载RE上的电压不会变化,IE1和IE2不会变化,输出uO1和uO2均不变(可单端输出)。
现在不考虑温漂,当只有一个输入量ui1(单端输入信号):
1) 对式(2)求导(取Δ),可得
6.jpg (4)

2) 只考虑交流通路,射极电阻RE两端分别接在了ui和VE上,式(4)意味着,RE两端的电压变化ΔuRE仅有0.5Δui。
7.jpg (5)
8.jpg (6)

3) 式(6)表明,单端输入、单端输出的差分电路放大倍数为普通共射放大电路的1/2。
4) 此外,由于ΔIE1=-ΔIE2,所以ΔuO2=-ΔuO1,因此双端输出时放大倍数与普通共射放大电路是一样大的。

差分放大电路的抑制共模干扰以及电压放大倍数的特性可以通过TINA仿真来观察,如图3所示。
1) 引入直流电源V3=V4,相当于共模信号,或者是温漂引起的ΔuBE。给V3和V4任意设定值(注意别夸张让三极管饱和或截止),仿真波形均无变化。显示差分电路具备抑制共模信号的能力。
2) uO1是单端输出,仿真放大倍数为(12.46-7.64)/2=2.41倍,约等于普通共射放大电路放大倍数(10kΩ/2kΩ=5)的一半。
3) uO是双端输出,仿真仿真放大倍数为(4.81+4.81)/2=4.81倍,约等于普通共射放大电路。
注:共模信号定义为0.5(V1+V2),差模信号定义为(V1-V2)。V1和V2分别是差分电路的两个输入信号。

11.jpg
图3 差分电路仿真

对于放大电路来说,放大倍数减半基本不算是缺点,而抑制共模信号的能力尤为重要,因此高性能的共射放大电路总是采取差分电路的形式。
1) 运放的输入级便是由差分电路构成的。
2) 有关差分电路的式推导完全建立在两个共射放大电路完全对称的情况。
3) 实际电路当然会有偏差,因此才有了实际运放的各种重要性能参数,如共模抑制比、偏置电流、失调电流等等。
4) 所以,只有牢固掌握晶体管放大电路的知识,才能真正用好高性能运放。



以上就是本节公开课的全部内容,通过本节课程的学习,你收获了什么?
欢迎大家留言作答以下题目,答案将在下期公开课公布。在答案公布前作答正确的同学,还将获得5枚赫兹币奖励哦~


课后问答:
1. 相对于共射放大电路,差分放大电路的放大倍数是不是一律减半?       
    参考答案:不是,差分放大电路的放大倍数还取决于是单端输出还是双端输出。
2. 相对于共射放大电路,差分放大电路最大的优点是什么?
    参考答案:差分放大电路最大的优点是只放大差模信号,不放大共模信号(或者说共模放大倍数极小)。







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发表于 2019-1-15 11:16:34   只看该作者
1.单端输出时是减半的,双端输出时与共射放大电路相同。
2.差分放大电路抑制共模信号干扰

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发表于 2019-1-15 17:12:15   只看该作者
1. 不是,差分放大电路的放大倍数还取决于是单端输出还是双端输出。
2. 差分放大电路最大的优点是只放大差模信号,不放大共模信号。

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