差分式放大电路

2011-07-12 16:23:59来源: 互联网 关键字:放大电路
差分式放大电路

一、直接耦合多级放大电路的零点漂移

多级放大电路的耦合方式

为了获得足够高的增益或满足输入电阻、输出电阻的特殊要求,实用的放大电路通常由几级基本放大单元级联而成,构成多级放大电路。各级之间的连接方式称为耦合方式。常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合三种。

直接耦合多级放大电路的特点

直接耦合也称为直流耦合。其优缺点如下:

优点:

(1)信号传输通路没有电抗元件,可以放大直流及缓慢变化的信号;

(2)体积小,便于集成

缺点:

(1)各级之间静态工作点相互影响

(2)存在较严重的零点漂移问题

图1是一个3级直接耦合放大电路。根据各级输入输出所处的电极,可以判断出第一、二级是共发射极组态,第三级是共集电极组态。

零点漂移

如果将直接耦合放大电路的输入端短路,其输出端应有一固定的直流电压,即静态输出电压。但实际上输出电压将随着时间的推移,偏离初始值而缓慢地随机波动,这种现象称为零点漂移,简称零漂。零漂实际上就是静态工作点的漂移。

零漂产生的主要原因

(1)温度的变化。由温度对放大电路工作点影响一节我们知道,温度的变化最终都将导致BJT的集电极电流IC的变化,从而使静态工作点发生变化,使输出产生漂移。因此,零漂有时也称为温漂。

(2)电源电压波动。电源电压的波动,也将引起静态工作点的波动,而产生零点漂移。

分析零点漂移应注意的几个问题

(1)只有在直接耦合放大电路中,前级的零点漂移才能被逐级放大,并最终传送出。

(2)第一级的漂移影响最大,对放大电路的总漂移起着决定性作用。

(3)当漂移电压的大小可以与有效信号电压相比时,将“淹没”有效信号。严重时甚至使后级放大电路进入饱和或截止状态,而无法正常工作。

抑制零点漂移一般措施

(1)用非线性元件进行温度补偿;

(2)采用调制解调方式。如“斩波稳零放大器”;

(3)采用差分式放大电路。

目前,第三种方式以其简单,经济,抑制零漂能力强等特点而广泛采用。本章只介绍该方式抑制零漂的原理。

二、差模信号与共模信号

根据第1章知识我们知道,放大电路是一个双口网络,每个端口有两个端子,其端口结构示意图如图1所示。当两个输入端子的输入信号分别为vi1和vi2时,两信号的差值称为差模信号,而两信号的算术平均值称为共模信号,即

差模信号

共模信号

根据以上两式可以得到

      

可以看出,两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号两部分。

两种信号的特点

差模分量:大小相等,相位相反

共模分量:大小相等,相位相同

差模电压增益         共模电压增益

总输出电压  

其中, 表示由差模信号产生的输出

       表示由共模信号产生的输出

共模抑制比    

共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标。

三、差分放大电路的结构

四、差分放大电路的静态分析

五、抑制零漂的原理

双端输出时

在图1差分式放大电路中

温度变化

®两管集电极电流以及相应的

集电极电压相同的变化

®在电路完全对称的情况下,双端输出

(两集电极间)的电压可以始终保持为零

®抑制了零点漂移                  图1

尽管在实际情况下,要做到两管电路完全对称是比较困难的,但输出漂移电压仍将大大减小。

单端输出时

抑制零点漂移的作用也可以从另一方面来理解。由BJT的工作特性我们知道,温度升高时,集电极电流会增加。由于电路中Re的存在,将对电路产生如下影响:

以上过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以,即使电路处于单端输出方式时,仍有较强的抑制零漂能力。 但由于Re上流过两倍的集电极变化电流,其稳定能力比射极偏置电路更强。

关键

Re越大,抑制零漂能力越强。图2中发射极采用电流源电路,其等效电阻更大,所以有更强的抑制零漂能力。

由于温度变化或电源电压波动,会对两管集电极电流产生相同的影响,其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。因此,当提高电路的共模抑制比时,也就提高了抑制零漂的能力。

六、差分放大电路的差模动态指标

七、共模动态指标与共模抑制比

八、差分放大电路的不同接法的性能比较

差分式放大电路几种接法的性能指标比较

九、FET差分放大电路

FET差分式放大电路的特点

输入阻抗高,输入偏置电流很小。

JFET构成的差分式放大电路:输入电阻可达1012W,输入偏置电流约为100pA数量级;

MOSFET差分式放大电路:输入电阻则可达1015W,输入偏置电流在10pA以下。

FET差分式放大电路的分析

FET差分式放大电路的电路结构、工作原理和分析方法与BJT差分式放大电路基本相同,并具有相同的电路特点,只不过是用FET的小信号模型来分析计算而已。

图1所示为带恒流源的JFET差分式放大电路。其中JFET T1、T2是差分对管,BJT T3、T4及R1、R2、R3组成恒流源电路,用于抑制共模信号。电路的动态指标计算类似于场效应管单极共源放大电路。由于该电路是单入-单出差分式放大电路,所以,其差模电压增益为

式中gm为T1、T2的互导。

输入电阻的计算与BJT构成的差分放大电路有所差别。由于场效应管的输入电阻很大,栅极电流可忽略不计。同时,该电路的栅极有Rg电阻接地。所以,差模输入电阻为

Rid»Rg

十、差分放大电路的传输特性

差分式放大电路在小信号线性工作状态下的放大作用。当信号较大时,输入输出的关系可通过传输特性曲线来描述。下面以图1所示电路为例进行讨论。

关键字:放大电路

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0712/article_10535.html
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