前言
今天写三种常见的差分放大电路: 基本形式, 长尾式, 恒流源式
基本形式差分放大电路
下图为基本形式差分放大电路
下图左边为差模输入, 右边为共模输入, 其主要技术指标如下:
差模输入电压 \(U_{Id}=U_{I1}-U_{I2}\): 两个输入电压大小相等, 极性相反.
共模输入电压 \(U_{Ic}=(U_{I1}+U_{I2})/2\): 两个输入电压大小相等, 极性相同.
输入的任意电压可认为是某个差模输入电压与共模输入电压的组合.
差模电压放大倍数 \(A_d=\frac{\Delta{U_o}}{{\Delta}U_{Id}}\): 越大越好
共模电压放大倍数 \(A_c=\frac{\Delta{U_o}}{{\Delta}U_{Ic}}\): 越小越好
共模抑制比 \(K_{CMR}=20lg|\frac{A_d}{A_c}|(dB)\):\(K_{CMR}\)越大说明抑制零点漂移能力越强
仿真结果如下
参数设计与第一篇讲的是一样的, 输出电压波形图如下图所示
长尾式差分放大电路
下图为长尾式差分放大电路
\(R_e\)作用是引入共模负反馈 (即对共模输入有负反馈, 对差模无), 减小了 \(A_c\),, 提高了共模抑制比.\(R_e\) 越大, 则抑制零漂效果越好, 负电源 \(V_{EE}\)用来补偿 \(R_e\)的直流压降. 引入 \(R_e\)后, 由 \(V_{EE}\)提供基极电流, 所以不接基极电阻 \(R_b\).
设计如下图所示
静态分析
输入电压为零时,\(\beta_1=\beta_2\),\(r_{be1}=r_{be2}\),\(R_2=R_4\),\(R_1=R_3\), 所以静态基极电流, 集电极电流, 集电极电压, 基极与发射极间电压都相等.
基极回路 \[I_{BQ1}R_1+U_{BEQ1}+2I_{EQ}R_5=V_{EE}\]
取 \(I_{BQ}=40uA\), 所以 \(R_1+2(1+\beta_1)R_5=\frac{12V-0.7V}{0.04mA}=282.5k\Omega\), 取 \(R_1=R_3=1k\Omega\),\(R_5=1k\Omega\).
设置 \(R_2=R_4\)和 \(R_5\)使静态基极电位对地在 \(0V\)附近, 取 \(I_{CQ}=5.6mA\),\(U_{CQ}=V_{CC}/2=6V\), 则 \(R_2=R_4=\frac{12V-6V}{5.6mA}\approx1.1k\Omega\).
动态分析
由交流通路得 \[\Delta{i_{B1}}=\frac{\Delta{u_{I1}}}{R_1+r_{be1}}\]
则 \[\Delta{u_{C1}}=-\beta_1\Delta{i_{B1}}(R_2//\frac{R_6}{2})=-\frac{\beta(R_2//\frac{R_6}{2})}{R_1+r_{be1}}\Delta{u_{I1}}\]
同理可得 \(\Delta{u_{C2}}\), 则输出电压 \[\Delta{u_{o}}=\Delta{u_{C1}}-\Delta{u_{C2}}=-\frac{\beta(R_2//\frac{R_6}{2})}{R_1+r_{be1}}(\Delta{u_{I1}}-\Delta{u_{I2}})\]
则差模电压放大倍数 \[A_d=\frac{\Delta{u_{o}}}{\Delta{u_{I1}}-\Delta{u_{I2}}}=-\frac{\beta(R_2//\frac{R_6}{2})}{R_1+r_{be1}}\]
差模输入电阻 \[R_{id}=2(R_1+r_{be1})\]
输出电阻为 \[R_o=2R_c\]
此电路差模电压放大倍数 \(A_d=\frac{584mV}{20mV}\approx=29 倍 \)
输出电压波形图如下图所示
恒流源式差分放大电路设计
长尾式 \(R_e\)的值受负电源 \(V_{EE}\)大小的影响, 为了不要求过高的负电源, 采用三极管代替长尾电阻. 下图为恒流源式式差分放大电路
1. 确定直流电源电压
这里选 \(12V\)正电源和 \(-12V\)负电源.
2. 确定 \(R_2\)和 \(R_4\)
静态集电极电流取 \(I_{CQ1}=I_{CQ2}=4mA\).
静态集电极电位取正电源的一半 \(U_{CQ1}=U_{CQ2}=V_{CC}/2=6V\), 则 \(R_2=R_4=6V/4mA=1.5k\Omega\).
3. 恒流电路的设计
取 \(Q_1\)和 \(Q_2\)的静态基极电位 (对地) 为零, 则 \(U_{CQ}=-0.7V(对地)\).
取 \(R_5\)的压降为 2V, 因为 \(I_{EQ3}=I_{CQ3}=I_{EQ1}+I_{EQ1}=8mA\), 则 \(R_5=\frac{2V}{8mA}=250\Omega\), 取标称值电阻值 \(240\Omega\).
\(R_6\)和 \(R_7\)确定方法和之前的共射放大电路一样, 取标称电阻值得 \(R_6=5.1k\Omega\)和 \(R_7=36k\Omega\).
4. 确定 \(R_1\)和 \(R_3\)
\(R_1\)和 \(R_3\)的值影响输入电阻, 这里取 \(R_1=R_3=1k\Omega\).
\(C_1\)和 \(C_2\)取 \(10uF\).
5. Multisim 仿真验证
设置好参数进行仿真, 如下图
此电路差模电压放大倍数 \(A_d=\frac{2.593V}{50mV}\approx52 倍 \)
输出电压波形如下图所示
忙里偷闲完成一篇
来源: http://www.bubuko.com/infodetail-3348602.html