差动放大电路
为了表示由于温度变化引起的漂移,常把温度每升高 1oC时,输出电压的变化量ΔUo按放大电路的总增益Au折 合到输入端的等效输入漂移电压ΔUi作为温漂指标。
温漂是直接耦合放大电路所特有的现象,也是最棘手 的问题。人们采用各种补偿措施来抑制温漂,其中最有 效的方法是使用差动放大电路来抑制零点漂移。
1.2 差动放大电路的对零点漂移的抑制
VEE
图 8.10 差模输入电路
VCC
ic1
ic2
Rb
uic
ui1 ib1
Rc
Rc
uoc
T1
T2
ie1
ie2
Rb ib2 ui2
Re
VEE
图 8.11 共模输入电路
差模输入时,ui1 = - ui2,由于两管的输入电压方向 相反,流过两管的电流方向也相反。一管电流增加,另 一管的电流减小,在电路完全对称的条件下,ic1增加的 量与ic2减小的量相等,所以流过Re的电流变化为零,则 URe = 0。可以认为:Re对差模信号呈短路状态,交流通 路如图8.12所示,由图可以看出,当从两管集电极取电 压时,其差模电压放大倍数表示为
故输出电压
uo UC1 UC2 0
由此可知,输入信号为零时,基本差动放大电路的输 出信号电压uo也为零。
VCC
Rb1 ui1
Rc1
Rc2
T1
T2
RP
Rb2 ui2
Re VEE
图 8.9 基本差动放大电路
2. 抑制零点漂移的演示
演示过程如下:
(1)当将两输入端与地连接即uபைடு நூலகம் = 0时,将万用表直 流电压挡接在输出端,此时会发现,万用表的指针几乎 不动,即Uo = 0 。如果有偏差,可通过调节电位器RP 弥 补因两管参数误差造成的不对称性,可使输出电压Uo = 0。
产生零点漂移的原因是电源电压的波动,元器件参 数的变化,特别是环境温度的变化。当输入级放大电路 的Q点由于某种原因而稍有偏移时,输入级的输出电压会 发生微小的变化,这种缓慢的微小变化就会被逐级放大, 致使放大电路输出端产生较大的漂移电压,而且级数越 多,漂移越大;当漂移电压的大小可以和有效信号电压 相比拟时,就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压, 严重时甚至漂移电压会淹没有用信号,使放大电路无法 工作。因此,设计电路时必须对此现象加以抑制。
电工电子技术
差动放大电路
1.1 直接耦合放大电路的的问题 在直接耦合放大电路中,由于级与级之间无隔直电容,
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。
若将直接耦合放大电路的输入端短路(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。
Aud
uod uid
uod1 uod 2 ui1 ui2
2uod1 2ui1
Re
rbe Rb
公式 (8-9)
当在两个管子的集电极接上负载RL时,
Aud
RL'
rbe Rb
公式 (8-10)
差动放大电路是集成运算放大器的基本组成单元。利 用差动放大电路可以克服直接耦合放大电路的零点漂移 现象。
如图8.9所示为基本差动放大电路,它是由两个电路 参数和管子特性完全队称的共射极放大电路组成的。输 入信号ui1和ui2从两个晶体管的基极输入,称为双端输入, 输出信号从两个集电极之间取出,称为双端输出。Re为 差动放大电路的公共射极电阻,用来决定晶体管的静态 工作电流和抑制零漂。Rc1、Rc2为集电极负载电阻,电 路采用VCC、VEE双电源供电。RP是调零电位器,保证零 输入时为零输出,在做分析时我们可以将其去掉。
1.3 差动放大电路的电压放大倍数
从理论上讲,差动放大电路的参数是对称的,因此, 在分析时,为了方便,可将图8.9中的电位器去掉。
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 反的信号,即ui1 = - ui2时,这种输入方式称为差模输入, 所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号用uid来 表示。差模输入电路如图8.10所示,由图可得
uid ui1 ui2
共模信号为两输入信号的算术平均值,用uic表示,即
uic 12(ui1 ui2 )
于是,加在两输入端上的信号可分解为
ui1
uid 2
uic
ui2
uid 2
uic
Rb ui1 ib1 uid ui2
VCC
ic1
ic2
Rc
Rc
uod
Rb
T1
T2
ib2
ie1
ie2
Re
(2)若用一只手捏住一只管子的管壳(相当于给一 只管子加热)时,你会发现,万用表的指针慢慢偏转, 说明此时的输出电压已经不为零了。
(3)若用两只手同时分别捏住两只管子的管壳(相 当于给两只管子同时加热)时,万用表的指针指向零, 说明输出电压为零。
演示现象分析:
演示步骤(1)我们可以通过前面的静态分析知道。
在演示步骤(2)中,当用手捏住一只管子的管壳时, 由于只给一只管子加热,两管参数变化不同,两管集电 极电压变化不同,因而其输出电压不为零,产生了零点 漂移。
在演示步骤(3)中,当用两只手同时捏住两只管子 的管壳时,由于给两管同时加热,两管参数的变化是相 同的,两管集电极电流的变化是相同的,两集电极电压 的变化也是相同的,因此其输出电压为零,输出电压没 有漂移。可以看出,差动放大电路是利用电路的对称性 来抑制零点漂移的。
1. 静态分析
当没有输入信号电压时,即ui1 = ui2 = 0,由于电路
完全对称,所以Rc1 = Rc2 = Rc,UBE1=UBE2=UBE,
这时
I C1
IC2
IC
IB
•
VEE U BE
(1 )Re
•
当β >> 1时
IC
VEE U BE 2Re
U C1 U C 2 VCC IC Re
1 ui1 ui2 2 uid
在差动放大电路两输入端分别输入大小相等、相位相 同的信号,即ui1 = ui2时,这种输入方式称为共模输入, 所输入的信号称为共模输入信号。共模输入信号用uic来 表示。共模输入电路如图8.11所示,由图可得
ui1 ui2 uic
在差动放大电路两输入端输入的信号大小不等时,此 时,可将其分解为差模信号和共模信号。差模信号为两 输入信号之差,用uid表示,即