模擬電路網絡課件 第二十六節:差分式放大電路
6.2 差分式放大電路
一、直接耦合多級放大電路的零點漂移
多級放大電路的耦合方式
為了獲得足夠高的增益或滿足輸入電阻、輸出電阻的特殊要求,實用的放大電路通常由幾級基本放大單元級聯而成,構成多級放大電路。各級之間的連接方式稱為耦合方式。常用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合三種。
直接耦合多級放大電路的特點
直接耦合也稱為直流耦合。其優缺點如下:
優點:
(1)信號傳輸通路沒有電抗元件,可以放大直流及緩慢變化的信號;
(2)體積小,便于集成
缺點:
(1)各級之間靜態工作點相互影響
(2)存在較嚴重的零點漂移問題
圖1是一個3級直接耦合放大電路。根據各級輸入輸出所處的電極,可以判斷出第一、二級是共發射極組態,第三級是共集電極組態。
零點漂移
如果將直接耦合放大電路的輸入端短路,其輸出端應有一固定的直流電壓,即靜態輸出電壓。但實際上輸出電壓將隨著時間的推移,偏離初始值而緩慢地隨機波動,這種現象稱為零點漂移,簡稱零漂。零漂實際上就是靜態工作點的漂移。
零漂產生的主要原因
(1)溫度的變化。由溫度對放大電路工作點影響一節我們知道,溫度的變化最終都將導致BJT的集電極電流IC的變化,從而使靜態工作點發生變化,使輸出產生漂移。因此,零漂有時也稱為溫漂。
(2)電源電壓波動。電源電壓的波動,也將引起靜態工作點的波動,而產生零點漂移。
分析零點漂移應注意的幾個問題
(1)只有在直接耦合放大電路中,前級的零點漂移才能被逐級放大,并最終傳送出。
(2)第一級的漂移影響最大,對放大電路的總漂移起著決定性作用。
(3)當漂移電壓的大小可以與有效信號電壓相比時,將“淹沒”有效信號。嚴重時甚至使后級放大電路進入飽和或截止狀態,而無法正常工作。
抑制零點漂移一般措施
(1)用非線性元件進行溫度補償;
(2)采用調制解調方式。如“斬波穩零放大器”;
(3)采用差分式放大電路。
目前,第三種方式以其簡單,經濟,抑制零漂能力強等特點而廣泛采用。本章只介紹該方式抑制零漂的原理。
二、差模信號與共模信號
根據第1章知識我們知道,放大電路是一個雙口網絡,每個端口有兩個端子,其端口結構示意圖如圖1所示。當兩個輸入端子的輸入信號分別為vi1和vi2時,兩信號的差值稱為差模信號,而兩信號的算術平均值稱為共模信號,即
差模信號
共模信號
根據以上兩式可以得到
? ????
可以看出,兩個輸入端的信號均可分解為差模信號和共模信號兩部分。
兩種信號的特點
差模分量:大小相等,相位相反
共模分量:大小相等,相位相同
差模電壓增益 ??????? 共模電壓增益
總輸出電壓??
其中, 表示由差模信號產生的輸出
?????? 表示由共模信號產生的輸出
共模抑制比?? ?
共模抑制比是衡量放大電路抑制零點漂移能力的重要指標。
三、差分放大電路的結構
四、差分放大電路的靜態分析
五、抑制零漂的原理
雙端輸出時
在圖1差分式放大電路中
溫度變化
?兩管集電極電流以及相應的
集電極電壓相同的變化
?在電路完全對稱的情況下,雙端輸出
(兩集電極間)的電壓可以始終保持為零
?抑制了零點漂移????????????????? 圖1
盡管在實際情況下,要做到兩管電路完全對稱是比較困難的,但輸出漂移電壓仍將大大減小。
單端輸出時
抑制零點漂移的作用也可以從另一方面來理解。由BJT的工作特性我們知道,溫度升高時,集電極電流會增加。由于電路中Re的存在,將對電路產生如下影響:
以上過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩定過程。所以,即使電路處于單端輸出方式時,仍有較強的抑制零漂能力。 但由于Re上流過兩倍的集電極變化電流,其穩定能力比射極偏置電路更強。
關鍵
Re越大,抑制零漂能力越強。圖2中發射極采用電流源電路,其等效電阻更大,所以有更強的抑制零漂能力。
由于溫度變化或電源電壓波動,會對兩管集電極電流產生相同的影響,其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。因此,當提高電路的共模抑制比時,也就提高了抑制零漂的能力。
六、差分放大電路的差模動態指標
七、共模動態指標與共模抑制比
八、差分放大電路的不同接法的性能比較
差分式放大電路幾種接法的性能指標比較 |
九、FET差分放大電路
FET差分式放大電路的特點
輸入阻抗高,輸入偏置電流很小。
JFET構成的差分式放大電路:輸入電阻可達1012W,輸入偏置電流約為100pA數量級;
MOSFET差分式放大電路:輸入電阻則可達1015W,輸入偏置電流在10pA以下。
FET差分式放大電路的分析
FET差分式放大電路的電路結構、工作原理和分析方法與BJT差分式放大電路基本相同,并具有相同的電路特點,只不過是用FET的小信號模型來分析計算而已。
圖1所示為帶恒流源的JFET差分式放大電路。其中JFET T1、T2是差分對管,BJT T3、T4及R1、R2、R3組成恒流源電路,用于抑制共模信號。電路的動態指標計算類似于場效應管單極共源放大電路。由于該電路是單入-單出差分式放大電路,所以,其差模電壓增益為
式中gm為T1、T2的互導。
輸入電阻的計算與BJT構成的差分放大電路有所差別。由于場效應管的輸入電阻很大,柵極電流可忽略不計。同時,該電路的柵極有Rg電阻接地。所以,差模輸入電阻為
Rid?Rg
十、差分放大電路的傳輸特性
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