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將負(fù)載做成電流鏡像電路的差動(dòng)放大電路。所謂電流鏡像電路是一種恒流電路。將它作為放大電路的負(fù)載使用，就能夠提高電路的增益。為此，經(jīng)常用在OP放大器1C的初級(jí)上。 電流鏡像電路在NPN晶體管的差動(dòng)放大電路中使用PNP晶體管，在PNP晶體管的差動(dòng)放大電路中使用NPN晶體管。 是將電流鏡像部分抽出來的電路。 在該電路中，假設(shè)Tr1與Tr2的電特性（VBE和矗FE等）完全相同，由于基極之間是相連接的（基極電位相同），所以各自的發(fā)射極電阻的壓降相同，為I1·R1=I2·R2（假設(shè)Tr1與Tr2的基極電流1B≈0）。進(jìn)而，設(shè)R1=R2，則由上述關(guān)系得到I1=I2。 就是說，該電路在兩個(gè)電路L431LM3C上流動(dòng)的電流以相同的值進(jìn)行工作?！半娏麋R像”的名稱來源一種比喻，即將電路上流動(dòng)的電流做成如鏡子里見到的那樣相同的值。 然而，在差動(dòng)放大電路的情況下，兩個(gè)共發(fā)射極電路的發(fā)射極緊挨著，并在此連接上恒流源。因此，兩個(gè)電路的發(fā)射極電流之和為恒定值。在差動(dòng)放大電路的負(fù)載上連接上電流鏡像電路，會(huì)使兩個(gè)電路上流動(dòng)著相等的電流那樣進(jìn)行工作。可以認(rèn)為電流鏡像電路是設(shè)定值具有恒流源設(shè)定值1/2的一種恒流電路。 恒流電路的阻抗在理論上是無限大，所以電流鏡像電路加到差動(dòng)放大電路的集電極上，就如同與接上阻抗為無限大的負(fù)載電阻一樣，電路的增益變得非常大（所用的晶體管能實(shí)現(xiàn)的最大增益）。 關(guān)于電流鏡像差動(dòng)放大電路的設(shè)計(jì)方法，除了電流鏡像電路之外，其他部分完全與通常的差動(dòng)放大電路一樣。由于電流鏡像部分也僅僅是增加兩個(gè)晶體管，所以設(shè)計(jì)本身是選擇晶體管的簡(jiǎn)單問題。 還有，在鏡像電路中，兩個(gè)晶體管的特性要一致，所以經(jīng)常使用單片式
差動(dòng)放大器電路是由特性相同的兩放大管（稱差動(dòng)對(duì)管）及其他元件組成的電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱的放大電路，利用對(duì)稱性來實(shí)現(xiàn)電路的相互補(bǔ)償，減少零點(diǎn)漂移。 差動(dòng)放大電路工作原理 基本差動(dòng)放大電路：下圖為差動(dòng)放大器的兩種典型電路。其中左圖為射極偏置，右圖為電流源偏置。 差動(dòng)放大電路圖 （a）射極偏置差放 （b）電流源偏置差放 差動(dòng)放大電路有兩個(gè)輸入端子和兩個(gè)輸出端子，因此信號(hào)的輸入和輸出均有雙端和單端兩種方式。雙端輸入時(shí)，信號(hào)同時(shí)加到兩輸入端；單端輸入時(shí)，信號(hào)加到一個(gè)輸入端與地之間，另一個(gè)輸入端接地。雙端輸出時(shí)，信號(hào)取于兩輸出端之間；單端輸出時(shí)，信號(hào)取于一個(gè)輸出端到地之間。因此，差動(dòng)放大電路有雙端輸入雙端輸出、單端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入單端輸出四種應(yīng)用方式。上面兩個(gè)差動(dòng)放大器電路均為雙端輸入雙端輸出方式。 差動(dòng)放大電路的外信號(hào)輸入分差模和共模兩種基本輸入狀態(tài)。當(dāng)外信號(hào)加到兩輸入端子之間，使兩個(gè)輸入信號(hào)vI1、vI2的大小相等、極性相反時(shí)，稱為差模輸入狀態(tài)。此時(shí)，外輸入信號(hào)稱為差模輸入信號(hào)，以vId表示，且有： 當(dāng)外信號(hào)加到兩輸入端子與地之間，使vI1、vI2大小相等、極性相同時(shí)，稱為共模輸入狀態(tài)，此時(shí)的外輸入信號(hào)稱為共模輸入信號(hào)，以vIC表示，且： 當(dāng)輸入信號(hào)使vI1、vI2的大小不對(duì)稱時(shí)，輸入信號(hào)可以看成是由差模信號(hào)vId和共模信號(hào)vIc兩部分組成，其中 根據(jù)上述，可得到下圖的統(tǒng)一的簡(jiǎn)化差動(dòng)放大電路。其中，IEE為差動(dòng)對(duì)管公共射極支路的靜態(tài)電流，Rem表示公共射極于地之間的動(dòng)態(tài)電阻，即Rem=ro3, ro3為下圖電流源電路的動(dòng)態(tài)輸出電阻： 差動(dòng)放大電路簡(jiǎn)化電路。 歡
摘 要：介紹了差動(dòng)放大電路演變歷程，理論上分析了典型差動(dòng)放大的工作原理以及特性參數(shù)的計(jì)算公式；應(yīng)用虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)--Proteus軟件進(jìn)行了靜態(tài)特性、差模輸入信號(hào)、共模輸入信號(hào)的實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析。 0 引言 在工程實(shí)踐中，很多物理量，如溫度、流量、壓力、液面等均為模擬量，它們通過各種不同的傳感器轉(zhuǎn)化成的電量也均為變換緩慢的非周期信號(hào)，而其比較微弱，這類信號(hào)只有通過放大才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載；由于這類信號(hào)一般變換緩慢，所以采用直接耦合放大電路將其放大最為方便。 差動(dòng)放大電路是一種基本的放大電路，多級(jí)直接耦合放大電路的輸入級(jí)幾乎毫無例外地采用這一基本單元電路--差動(dòng)放大電路，具有高度對(duì)稱性，在放大差模信號(hào)時(shí)，能較好地抑制共模信號(hào)，有較高的共模抑制比，解決了直接耦合放大器中既要放大有用信號(hào)，又要抑制溫度等引起的零點(diǎn)漂移的問題。 1 差動(dòng)放大電路演變歷程 差動(dòng)放大電路是構(gòu)成多級(jí)直接耦合放大電路的前級(jí)基本單元電路，它是由典型的靜態(tài)工作點(diǎn)(Q點(diǎn))穩(wěn)定電路演變而來的。經(jīng)歷了：利用射極電阻構(gòu)成電壓負(fù)反饋回路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，如圖1所示單管射極偏置電路；由兩個(gè)型號(hào)一樣、參數(shù)一致的差放對(duì)管構(gòu)造的對(duì)稱電路，所謂對(duì)稱是指在對(duì)稱位置的電阻值絕對(duì)相等，兩只管子在任何溫度下輸入特性曲線與輸出特性曲線都完全重合，如圖2所示基本差動(dòng)放大電路；以及長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路圖，如圖3所示典型差動(dòng)放大電路。 圖1 單管射極偏置電路。 圖2 基本差動(dòng)放大電路。 圖3 典型差動(dòng)放大電路。 2 差動(dòng)放大電路特性分析 2.1 基本差動(dòng)放大電路特性分析 如圖2所示，基本差動(dòng)放大電路，電路兩側(cè)組件對(duì)稱，管子型號(hào)、參數(shù)相同。輸
圖1所示為差動(dòng)放大電路的基本形式。它是由兩個(gè)完全對(duì)稱的共射電路組成的，晶體管vt1和vt2完全匹配，集電極電阻rc1＝r2＝rc。 當(dāng)輸入狀態(tài)不同時(shí)，差動(dòng)放大器的工作情況也有所不同。下面分別予以說明。 （1）輸入差模信號(hào)時(shí) ①電壓增益和輸入電阻 這種輸入方式的ui1與ui2相位相反，所以流經(jīng)vt1，vt2的電流變化相位也相反。由于ui1與ui2幅度相同，則vt1，vt2兩管電流將有相同的變化幅度。因此，射極電阻re中的電流變化為零。所以當(dāng)差模信號(hào)輸入時(shí)，差動(dòng)放大器的交流等效電路如圖2所示。 此時(shí)vt1，vt2均相當(dāng)于普通的共射單管放大器。顯然，當(dāng)電路兩邊完全對(duì)稱時(shí)，兩管輸出電壓的相位相反，幅度相等。因此上述電路對(duì)稱輸出（也稱差分輸出）時(shí)的電壓增益為 式中，au是單管共射放大器的電壓增益。 圖1 差動(dòng)放大電路的基本形式 圖2 差模信號(hào)輸入時(shí)，差動(dòng)放大器的交流等效電路 若是單端輸出，該電路的電壓增益將減半。 圖3 所示為單管共射放大器的低頻小信號(hào)等效電路，可求得單管共射放大器的電壓增益為 式中，rl是放大器的負(fù)載電阻。 圖3 單管共射放大器的低頻小信號(hào)等效電路 單管共射放大器的源電壓增益為 式中，ri是單管共射放大器的輸入電阻，rs1是信號(hào)源us1的內(nèi)阻，rb是放大器的基極偏置電阻。 當(dāng)電路兩邊不對(duì)稱時(shí)，兩邊輸出信號(hào)將不平衡。但可以證明，只要fi．取得足夠大，就能有效地克服這種不平衡性。
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：OPA2604 如圖所示為具有低通濾波的差動(dòng)放大電路。該電路是一種具有100Hz的低通濾波、差動(dòng)輸入／單端輸出的高保真放大電路，其中OPA2604為場(chǎng)效應(yīng)管輸入型雙運(yùn)放集成電路，且將OPA2604接成兩個(gè)電壓跟隨器，如圖中的A1、A2所示。由于OPA2604具有很高的輸入阻抗(1012Ω//8pF)和很低的偏置電流(50pA)，因而可保證電路具有較好的濾波效果。OPA604為單運(yùn)放，而OPA2604為雙運(yùn)放，二者特性完全相同。 OPA604集成芯片的主要參數(shù):
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：μA709 如圖所示為μA709構(gòu)成的可變?cè)鲆?span style=" color:green;">差動(dòng)放大電路。該電路的最大優(yōu)點(diǎn)是在保持共模抑制比KCMR不變的前提下，可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)增益連續(xù)可調(diào)。電路中四個(gè)電阻R2和兩個(gè)電阻R1的阻值必須分別相等，圖中給出了典型應(yīng)用時(shí)的數(shù)值。調(diào)整電位器R3，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)整電壓放大倍數(shù)。 若增益調(diào)整電阻R3調(diào)到5Ω，則相應(yīng)的比值R2／R3=104，此時(shí)電壓放大倍數(shù)Av=-104×(2R2／R1)，顯然該電路增益的調(diào)整范圍很寬，而且調(diào)整方便。但需要強(qiáng)調(diào)指出：電壓增益不能過大，因?yàn)楫?dāng)其增益大到Vo接近電源電壓時(shí)，輸出電壓將出現(xiàn)嚴(yán)重的非線性失真。另外，在引腳1、8之間引入了RC補(bǔ)償支路，在引腳5、6之間也引入了補(bǔ)償電容C2，用以提高電路的穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生寄生振蕩。 該電路的基本關(guān)系為： Vo=-(2R2／R1)·(1+R2／R3)·(Vi1-Vi2) Av=Vo／(Vi1一Vi2)=-(2R2／R1)·(1+R2／R3) 當(dāng)R1=10kΩ，R2=50kΩ，R3=5kΩ時(shí)，Av=-110。 μA709集成芯片的電參數(shù)(VD=±15V，TA=25℃)
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：OP09A 該電路常用于監(jiān)測(cè)信號(hào)的前置放大或各種數(shù)據(jù)放大，因而有時(shí)也稱為數(shù)據(jù)放大電路。如圖采用四運(yùn)放OP-09A集成芯片，為了提高輸入阻抗，這里仍然采用同相輸入端加入信號(hào)電壓的方法，同時(shí)為了保證兩個(gè)信號(hào)源都加到運(yùn)放的同相輸入端，采用兩個(gè)同相放大電路A1和A2組成第一級(jí)放大。電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，除了具有高輸入阻抗外，還具有很高的共模抑制性能，第二級(jí)為差動(dòng)放大電路。該電路可用于信號(hào)源有公共地端和不接地兩種情況，圖中所示為兩信號(hào)源均有接地端的情況，若不需接地點(diǎn)時(shí)，可將兩信號(hào)源的地點(diǎn)直接相連而懸空(即不與任何點(diǎn)相連)。 該電路的基本關(guān)系如下： OP-09A四運(yùn)放集成運(yùn)放的電特性(VD=±15V，TA=25℃)
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：OP200 如圖所示為高輸入阻抗同相差動(dòng)放大電路。 該電路反相輸入端的輸入電阻較小，而同相輸入端的輸入電阻表面上看，似乎可以做得很大，但受平衡條件(為減小失調(diào)電壓)的限制，也不可能太大，這對(duì)于帶載能力較差的信號(hào)源而言，都是不適宜的。
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：μA709 如圖所示為簡(jiǎn)單差動(dòng)放大電路。兩個(gè)輸入信號(hào)Vi1和Vi2分別通過R1和R3、R4分壓電路加到運(yùn)放的輸入端。Vi1加到運(yùn)放的反相輸入端，Vi2加到同相輸入端，而輸出電壓Vo與Vi1、Vi2具有如下關(guān)系： 即輸出電壓等于兩信號(hào)之差的R2／R1倍，適當(dāng)選擇R2／R1的比值，可獲得不同的輸出電壓。