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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。
如图1所示是基本的共射放大电路。
其静态工作点基本稳定。但是温度变化会使得集电极电流发生微小的变化,采用直接耦合的方式会进一步放大该变化,引起静态工作点的变化。
在输出位置构建有一个完全一样的镜面电路,如图2所示。差分放大电路对共模信号起到了很强的抑制作用,理想情况下共模输出为零。
按输入输出方式分:有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。具体电路见图3。单端输出的差分放大电路在T1管的集电极连接了一个负载电阻RL然后直接接地,同时取消了T2管的接线端,具体电路如图3(b)所示。单端输入的差分放大电路仅仅只有一个输入,另外一个输入口直接接地,具体电路如图3(b)所示。
此时电路不再对称,静态工作点和其他动态参数也发生了改变,同时由于差分放大电路的放大能力只和输出形式有关,因此可将电路分成单端输出和双端输出两大类进行分析。
零点漂移现象的产生,其原因有很多,但最为主要的原因还是晶体管受到外部温度变化所引起的静态工作点的波动,所以零点漂移也常被称为温度漂移,简称温漂。那差分放大电路是如何做到抑制温漂的呢?
图4所示电路为长尾差分放大电路,当两端的输入信号电压为零,即 uI1=uI2=0 时,也就是电路处于直流工作状态。理想情况下,因为 T1与 T2管的电气特性完全相同,其外接电阻参数也相同,那么就有集电极对地电位Ucq1=Ucq2的结果,所以静态时的输出电压Uo=0。
如果外界温度升高了,理想情况下,Icq1和Icq2也会同时增大,而且其增大幅度完全相同,从而导致两个集电极电阻上的压降出现等值幅度的增大,进而使 Ucq1和 Ucq2同时等值幅度变化,所以输出Uo=Ucq1–Ucq2=0保持不变。如果外界温度降低了,将会引起上述变化的一个反过程,最后得到的结果还是输入电压保持不变。经过上述分析,我们发现差分电路巧妙地利用电路的对称性消除了放大电路在输出端的零点漂移。此外,增大发射极电阻也可以稳定工作点。实际上,集成电路中的差分对管,不会完全一致,总存在不对称的情况,因此运算放大器总存在温漂。所以,当运放做为微弱信号的前级时,温漂称为非常重要的技术指标。
差分放大电路具有电路对称性的特点,此特点可以起到稳定工作点的作用,被广泛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,易于混淆,是模拟电子技术基础课程的难点与重点。
差分放大电路有差模和共模两种基本输入信号,由于其电路的对称性,当两输入端所接信号大小相等、极性相反时,称为差模输入信号;当两输入端所接信号大小相等、极性相同时,称为共模信号。通常我们将要放大的信号作为差模信号进行输入,而将由温度等环境因素对电路产生的影响作为共模信号进行输入,因此我们最终的目的,是要放大差模信号,抑制共模信号。
模拟电子技术中常使用的模拟量在经过传感器之后转换的电信号都比较微弱,为了能更好的测量这些微弱信号,一般都会对其进行放大处理。但是对于模拟量转换的电量为变化缓慢的非周期性信号时,例如温度、流量、液面等模拟量,对于这种信号一般采取通过直接耦合放大电路放大后再驱动负载,但是直接耦合放大电路会有零点漂移现象(输入电压为零而输出电压的变化不为零),为了抑制零点漂移一般采用特性相同的晶体管(版图尺寸相同),这样的电路称为差分放大电路。
差分放大电路是直接耦合放大电路的基本组成单元,该电路对于不同的输入信号有不同的作用,对于共模信号起到很强的抑制作用,而对差模信号起到放大作用,并且电路的放大能力与输出方式有关。
这个电路工作不正常,已经不在正常工作范围内了。输入电压3.3V,同相端2.56V,放大倍数为24倍,那么理论的输出电压应该是-17.76V,而实际供电电源是0V和5V,输出电压不可能超出0~5V范围,...
差分,基於两路信号的,现只有一路,电路不工作
差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力,对差模信号却没有多大的影响。差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级,可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响,如温度噪声等。拓展资料:1、差放的外信号输入...
当今世界之所以能称之为智能化的时代,是由于各种智能化的设备得到了普及,而这些智能化设备之所以能够智能化,离不开功能各异的各种传感器,而这些传感器所采集到的电信号一般都很微弱,同时这些微弱的电信号往往都是低频信号,所以对这些信号进行放大处理时,需要采用直接耦合放大电路进行放大,所谓直接耦合放大器就是各级放大器的级联是靠导线直接连接,因此直接耦合连接方式有很好的低频特性同时又很容易做成集成电路。
直接耦合放大电路虽然有以上几大优势,但普通的直接耦合放大电路存在零点漂移现象,所谓“零点漂移”,就是当输入信号为零时而输出信号不为零。差分放大电路是一种直接耦合放大电路,差分电路本身具有良好的电气对称性,使其对共模信号有良好的抑制作用,所以能有效地抑制零点漂移现象的发生。
(1)差模电压放大倍数
差模电压放大倍数定义为输出电压与输入差模电压之比。分为双端输出和单端输出。
(2)差模输入电阻
差模输入电阻定义为差模输入电压与差模输入电流的比。
共模电压放大倍数
在差动电路中,因温度变化,电源波动引起的两个差动管的等效输入漂移电压,相当于一对共模信号,由于接地电阻的负反馈作用,使得每管的输出端漂移电压大为减少,如果双端输出,则被完全抵消。
Ad是差模信号放大倍数、Ac共模信号放大倍数。
一个理想的差分放大器,当输入信号等于零时,其输出端电压为零,但在实际电路中,由于电路不可能完全对称,所以输出电压并不为零,这种输入为零输出不为零的现象称为差分放大器的失调。失调是由于管子参数和电路元件参数不对称引起的。
如图5所示,失调电压为:
为了减小失调电压应采取以下几项措施:
(1)尽量采用对称的晶体管T1,T2管。
(2)采用低偏置,即
(35)差分放大电路的传输特性及例题分析
(35)差分放大电路的传输特性及例题分析
(36)带恒流源的差分放大电路
(36)带恒流源的差分放大电路
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。差分放大电路:按输入输出方式分:有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分:有典型电路和射极带恒流源的电路两种。
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来自网络
1、 差分放大电路
上图为典型的差分放大电路,也属于减法电路。
其输出公式为:UO=(R2+R4)×R3×U1/[(R1+R4)×R2]-R4×U2/R2。
实际应用的时候,一般取R1=R2,R3=R4,则输出电压为:UO=(U1-U2) ×R4/R1。
2、 反相加法电路
上图为反相加法电路,根据"虚断"、"虚短"可求得它的输出电压运算公式为:UO= -Rf(U1/R1+U2/R2+U3/R3),
一般我们取R1=R2=R3,则输出电压为:UO= - Rf / R1 × (U1+U2+U3)。
平衡电阻Re=R1//R2//R3//Rf。
3、 同向加法电路
上图为同相加法电路,可以根据"虚断"、"虚短"和戴维宁定理进行计算,
输出公式为:UO=(1+Rf/R1)[U1×Ri2// Ri3/( Ri1+ Ri2// Ri3)+ U1×Ri1// Ri3/( Ri2+ Ri1// Ri3)+ U1×Ri1// Ri2/( Ri3+ Ri1// Ri2)],
当Ri1= Ri2= Ri3时,UO=1/3×(U1+U2+U3) ×(1+Rf/R1),
若取Rf=2 Ri1,则UO=U1+U2+U3,是一个完美的加法电路。
4、光耦电路
光耦发光二级管的输入电阻要根据光耦的工作电流进行计算,不要随便选取,否则会导致电路无效或者可靠性不高,损坏元器件。光耦的工作电流一般1mA-80mA之间,实际情况要根据芯片资料所提供的参数进行计算。一般情况选取5mA-20mA都是可以的,当然有的光耦比较灵敏1mA电流以下也能正常工作,设计电路时也是需要考虑的,否则会引起误动作,导致产品功能故障,光耦具有隔离的重要作用。
5、一种常用的电压采样电路
如图所示该电路中,输入电压(V_IN)经过电阻R47和R50、R51分压后经过差分跟随运放电路,然后经过RC低通滤波器进行滤波输入至ADC采样(DSP、单片机ADC采样接口或ADC采样芯片),经过处理后得到相应的ADC采样数字信号。
该电路后面接了一个电压跟随器,用作缓冲级或隔离级,提高输入阻抗,降低输出阻抗。
6、一种常用的电流采样电路
如图所示该电路中,采样电阻为R62(此处50mΩ),当电流流过采样电阻R62时,即将电流转化为相应的微小电压,然后经过差分放大(假设电流为1A,则采样电阻R62两端的电压为50mV,在经过差分运放放大,该差分运放放大倍数为24k/2.49k≈9.64(倍),即放大后输出电压约为0.482V。),滤波后输入至ADC采样接口。
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前言
第一章 电子技术实验及课程设计基础
第一节 电子技术实验的目的和意义
第二节 电子技术实验的基本要求
第三节 电子技术课程设计的基础知识
第四节 常用电量的测量方法
第二章 模拟电子技术基础实验
实验一 常用电子仪器的使用
实验二 常用电子元器件的测量
实验三 单管共射放大电路
实验四 长尾式差分放大电路
实验五 恒流源式差分放大电路
实验六 负反馈放大电路
实验七 集成运算放大器的参数测试
实验八 运算放大器组成的基本运算电路设计
实验九 运算放大器的应用电路
实验十 有源滤波器
实验十一 直流电源
第三章 模拟电子技术基础课程设计
第一节 模拟电路的设计方法
第二节 设计举例
第三节 设计题目及要求
第四章 数字电子技术基础实验
实验一 TTL与非门主要参数的测试
实验二 基本门电路逻辑功能的测试
实验三 示波器的使用及门电路测试
实验四 组合逻辑电路测试
实验五 组合逻辑电路设计
实验六 触发器逻辑功能的测试
实验七 时序逻辑电路
实验八 计数、译码与显示电路
实验九 集成同步计数器的应用电路设计
实验十 移位寄存器及其应用
实验十一 555定时器的应用
第五章 数字电子技术基础课程设计
第一节 数字电路的设计方法
第二节 设计举例
第三节 设计题目要求
第六章 常用实验仪器
第一节 直流稳压电源
第二节 信号发生器
第三节 电子电压表
第四节 示波器
第五节 XST-8型电子技术综合实验装置
第六节 晶体管特性图示仪
附录
附录A 常用电子元件的基础知识
附录B 常用半导体器件的识别及型号命名法
附录C 常用集成电路的型号命名法及引脚排 列图2100433B