差动放大器的原理及四种连接方法_下_
电子报/2011年/5月/22日/第010版
电子职校
差动放大器的原理及四种连接方法(下)
江苏顾振远
(接上期)
3.晶体管恒流源电路
用差动放大器抑制零点漂移的方法就是“加入”Re，如上所述Re愈大，克服零点漂移的效果愈好，但Re愈大，需要的电源Ee愈高。我们一方面希望Re大，一方面又希望Ee低一些。在这种情况下，可使用晶体管来代替Re，这种电路称为晶体管恒流源差动放大电路，如图3所示。
图3中R1和R2是分压电阻，为T3提供正向偏置，以固定基极电位Ub3。当温度升高使Ic1、Ic2增加时，Re3两端的电压也要增加，但由于Ub3为固定值，Ube3就要下降，Ib3随之减小，因此抑制了Ic3的上升，保持了Ic3的不变。则Ic1、Ic2就不能增加，从而使管子的输出uol和u02几乎不变。
4.共模反馈型
如果一级差动放大倍数不够，就得采用多级进行放大，图4是一个高放大倍数放大器的前两级，为了提高共模抑制比和减小输出的漂移，引进了共模反馈。
当输入端有共模信号时(输入端的漂移或外界共模干扰)，Ic1、Ic2将同时变化。如果Ic1、Ic2都减小了，则第二级T4、T5管的Ie将增大，Ub3随之升高。如果用Ub3控制T3的基极，则Ic3将增加一些，从而Ic1、Id2回升，使Ic1、Ic2的变化趋势被削弱，这样每个管子输出电压的漂移也就小了。
以上各种方法，在良好工艺措施保证下，差动电路的零点漂移可以作到10μV/℃以下。
5.差动电路四种连接方法的比较
先将差动电路几种接法的主要性能列成附表。从附表上可以看出一些规律:
(1)凡是双端输出，放大倍数基本上和单管一样。单端输出时放大倍数为单管一半。
(2)输出电阻在双端输出时为2RC，单端输出时为RC。
(3)输入电阻无论在双端输入还是单端输入时，均为2(Rbl+rbe)。(完)
附表
差动放大器实验报告
差动放大器实验报告 以下是为大家整理的差动放大器实验报告的相关范文，本文关键词为差动,放大器,实验,报告,篇一,实验,差动,放大器,南昌大学，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在工作报告中查看更多范文。 篇一：实验五差动放大器 南昌大学实验报告 实验五差动放大器 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 下图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器Rp用来调节T1、T2管的静态工作点，使得输入信号ui＝0时，双端输出电压uo＝0。Re为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较
强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图5-1差动放大器实验电路 1、静态工作点的估算典型电路Ic1=Ic2=1/2Ie恒流源电路Ic1=Ic2=1/2Ic3 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 双端输出:Re＝∞，Rp在中心位置时， Ad? 单端输出 △uoβRc ?? △ui Rb?rbe??β)Rp 2 Ad1? △uc11?Ad △ui2 Ad2? △uc21 ??Ad △ui2 当输入共模信号时，若为单端输出，则有 △uc1?βRcR
Ac1?Ac2????c △uiR?r?(1?β)(1R?2R)2Re bbepe 3、共模抑制比cmRR2 为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比AA cmRR?d或cmRR?20Logd?db? AcAc 三、实验设备与器材 1、函数信号发生器 2、示波器 3、交流毫伏表 4、万用表 5、实验箱 6、差动放大器集成块 四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 按图5-1连接实验电路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。 1)测量静态工作点2)①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端A、b与地短接，接通±12V直流电源，用直流电压表测量输出电压uo，调节调零电位器Rp，使uo＝0。调节要仔细，力求准确。 ②测量静态工作点 零点调好以后，用直流电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻Re两端电压uRe，记入表5－1。
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计
目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12)
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端
差分放大器的结构、特点及作用
1. 差分放大器的结构、特点及作用 特点： 差分信号作为输出可以增大最大输出压摆。 差分工作模式，能很好抑制环境噪声（如电源噪声），即所谓的共模抑制。虽然这是以电路面积为代价的，但对于在单端模式时采用其它的方法来抑制环境噪声的干扰的电路面积而言还是较小的。 差分电路还具有偏置电路简单和线性度高等优点。 结构： 应用： 2. 基本差分对中的尾电流源的作用 为差分对提供一个电流源I S ，以使差分对具有固定的尾电流，从而产生独立于输入共模信号V ic 的电流I D1+I D2。 在共模输入时差分对管的工作电流I D1=I D2= I S /2，并且保持恒定； 同理，其共模输出电平也保持恒定，且其值为V DD -RI S /2（R 为负载等效电阻）。 解决了由于差分对管在共模输入时的工作电流变化引起非线性及输出信号失真等。 V i1 V i2 V i1V i2
3. 各类差分放大器的增益（共模增益、差模增益）、输入输出共模电平范围、 线性增益区的范围（对所给电路图分析计算） 双端输入双端输出时的差模电压增益 双端输入单端输出差模电压增益 在理想情况下，由于电路的完全对称性，则当输入共模信号时，由于引起差分对管的每边的输出电压的变化量相等，双端输出的电压为0，故电压增益为0。 理想情况下，单端输出共模小信号增益也为0。 4. 各类差分放大器的失调分析（失调的表示方式、原因，减小失调的方法） P83 减小由于输入差分对管不对称所引起的输入失调电压a 、减小输入差分对管MOS 管的阈值电压差，一种有效的方法就是采用离子注入工艺，使输入差分对管的阈值电压一致性较好。b 、减小失调误差的另一种方法是减小由于差分对管的几何尺寸的不对称引入的误差，这可以增大差分对管的尺寸，从而减小ΔW/W 与ΔL/L 的值（但这会造成输入差分对管具有大的寄生电容）来实现，并且通过提高光刻精度以减小ΔW/W 与ΔL/L 的误差值。 5. 差分放大器共模抑制能力的表示方式 R g V V V m i o o -=-)2)(121R g m 2 1 -
3 简单差动放大器的仿真实验
国家集成电路人才培养基地 培训资料(3) 简单差动放大器实验 2006-X-XX
西安交通大学国家集成电路人才培养基地 简单差动放大器实验 本实验包括对简单差动放大器进行DC扫描、AC分析，并学习根据输出波形确定相位裕度、输入输出共模范围、共模增益、共模抑制比（CMRR）以及电源抑制比（PSRR）。 1. 启动cadence 启动电脑，进入solaris9系统，打开终端Teminal，输入cds.setup后按回车，再输入icfb&按回车，candence启动成功。在自己的Library中新建一个cellview，命名为amp。 2. 电路图输入 按下图输入简单差动放大器电路图，其中的元件参数我们在下一步中设置，图中用到的元件（vdc, pmos4,nmos4,vdd,gnd,cap）都在analogLib库中能找到。 图2.1 简单差动放大器电路图 第1页，共14页
简单差动放大器实验 3. 计算、设置元件参数 根据放大倍数，功耗，输出摆幅等要求确定各个mos管的宽长比（W/L）和栅压。由于我们实验时间有限，请同学们直接按下面的步骤设置好元件值（选中元件后按q键调出如下的元件属性设置框）： M0，M1，M2：于Model name 栏输入n18，于Width栏输入4u，于Lenth栏输入700n，最后点击ok。 图3.1 M0、M1、M2管的参数设置 M3，M4：于Model name 栏输入p18，于Width栏输入10u，于Lenth栏输入3u，最后点击ok。 图3.2 M3、M4管参数设置 第2页，共14页
西安交通大学国家集成电路人才培养基地 第3页，共14页 直流电压源V0，V1的值分别设为1.8，0.6。设置完毕后点击工具栏上的进行保存。 4. 仿真 4.1 DC 扫描及输入输出共模范围 在菜单栏依次选择Tools →Analog Environment ，弹出如图4.1所示的Simulation 窗口： 点击Setup →Model Libraries 在弹出的对话框中设好Model Library 。点击 Browse …按钮，选择/cad/smic018_tech/Process_technology/Mixed-Signal/SPICE_Model/ms018_v1p6_spe.lib ，在Section(opt.)中填入tt ，点Add ，再点ok 退出。 图4.1 Simulation 窗口 图4.2 添加Model Library
差分运算放大器基本知识
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
差动放大器实验报告
差动放大电路的分析与综合（计算与设计）实验报告 1、实验时间 10月31日(周五)17:50-21:00 2、实验地点 实验楼902 3、实验目的 1. 熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 2. 加深对差动放大器性能及特点的理解 3. 学习差动放大电路静态工作点的测量 4. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 5. 熟悉恒流源的恒流特性 6. 通过对典型差动放大器的分析，锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 7. 练习使用电路仿真软件，辅助分析设计实际应用电路 8. 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力 4、实验仪器 数字示波器、数字万用表、模拟实验板、三极管、电容电阻若干、连接线 5、电路原理 1. 基本差动放大器 图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。 部分模拟图如下
1.直流分析数据 2.直流分析仿真数据 3.交流分析数据 4.交流分析仿真数据 具有平衡电位器的差动放大器 分析内容 BQ I CQ I CQ U CEQ U 空载 A m 100.43-? 双出 A m 100.43-? 单出 A m 100.43-? 分析内容 BQ I CQ I CQ U CEQ U 空载 A m 109.83-? 双出 A m 109.83-? 单出 A m 100.93-? 分析内容 u A i R o R CMR K 空载 -189 15k Ω 10k Ω ∞ 双出 15k Ω 10k Ω ∞ 单出 15k Ω 5k Ω 分析内容 u A i R o R CMR K 空载 15k Ω 10k Ω ∞ 双出 15k Ω 10k Ω ∞ 单出 15k Ω 5k Ω
差分放大器的工作原理
差分放大器的工作原理 差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，有时简称为“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器（简称“功放”）和发射极耦合逻辑电路 (ECL, Emitter Coupled Logic) 的输入级。 如果Q1 Q2的特性很相似，则V a,V b将同样变化。例如，V a变化+1V，V b也变化+1V，因为输出电压VOUT=V a-V b=0V,即V a的 变化与V b的变化相互抵消。这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。若差放的两个输入为，则它的输出V out为： 其中Ad是差模增益 (differential-mode gain)，Ac是共模增益 (common-mode gain)。 因此为了提高信/噪比，应提高差动放大倍数，降低共模放大倍数。二者之比称做共模仰制比（CMRR, common-mode rejection ratio）。共模放大倍数AC可用下式求出： A c=2R l/2R e 通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比 (CMRR, common-mode rejection ratio) 衡量差分放大器消除共模信号的能力： 由上式可知，当共模增益Ac→0时，CMRR→∞。Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。因此对于完全对称的差分放大器来说，其Ac = 0，故输出电压可以表示为： 所谓共模放大倍数，就是V a，V b输入相同信号时的放大倍数。如果共模放大倍数为0，则输入噪声对输出没有影响。 要减小共模放大倍数，加大R E就行通常使用内阻大的恒流电路来带替R E
差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广，只要将差放的一个输入端接地，即可得到单端输入的放大器。很多系统在差分放大器的一个输入端输入反馈信号，另一个输入端输入反馈信号，从而实现负反馈。常用于电机或者伺服电机控制，稳压电源，测量仪器以及信号放大。在离散电子学中，实现差分放大器的一个常用手段是差动放大，见于多数运算放大器集成电路中的差分电路。 单端输出的差动放大电路 (不平衡输出) 称为单端Single ended或不平衡输出Unbalance Output。 单端较差动输出之幅度小一倍，使用单端输出时，共模讯号不能被抑制，因Vi1与Vi2同时增加，VC1与VC2则减少，而且VC1=VC2，但Vo =VC2，并非于零(产生零点漂移)。 但是加大RE阻值可以增大负回输而抑制输出，并且抑制共模讯号，因Vi1=Vi2时， Ii1及Ii2也同时增加，IE亦上升而令VE升高，这对Q1和Q2产生负回输， 令Q1和Q2之增益减少，即Vo减少。 当差动讯号输入时，Vi1 = -Vi2，IC1增加而IC2减少，总电流IE = IC1 + IC2便不变， 因此VE也不变，加大RE电阻值之电路会将差动讯号放大，不会对Q1及Q2产生负回输 及抑制。 。 b)减低功率消耗(相对纯电阻来说)。 c)提高差动放大之输出电压。 d)提高共模抑制比CMRR。 即差动输入，则IC1升而IC2下降(并且，ΔIC1 = ΔIC2) 因电流镜像原理，IC4 = IC1 故此，Io = IC4 IC2 = IC1 IC2 (ΔIo = 2ΔIC1或2ΔIC2) 这说明了输出电流是IC1和IC2的相差，即将输出变为具有双端差动输出性能的单端输出 (故对共模讯号之抑制有改善因双端差动输出才能产生消除共模讯号作用)。
实验五 差动放大器
南昌大学实验报告 实验五 差动放大器 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 下图是差动放大器的基本结构。 它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器R P 用来调节T 1、T 2管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压U O ＝0。R E 为两管共用的发射极电阻， 它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图5-1 差动放大器实验电路 1、静态工作点的估算 典型电路 Ic1=Ic2=1/2IE 恒流源电路 Ic1=Ic2=1/2Ic3 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时， P be B C i O d β)R (121r R βR △U △U A +++- == 单端输出 d i C1d1A 2 1△U △U A ==
d i C2d2A 21 △U △U A -== 当输入共模信号时，若为单端输出，则有 3、 共模抑制比CMRR 为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比 或 三、实验设备与器材 1、函数信号发生器 2、示波器 3、交流毫伏表 4、万用表 5、实验箱 6、差动放大器集成块 四、实验内容 1、 典型差动放大器性能测试 按图5-1连接实验电路，开关K 拨向左边构成典型差动放大器。 1) 测量静态工作点 2) ①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端A 、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压U O ，调节调零电位器R P ，使U O ＝0。 调节要仔细，力求准确。 E C E P be B C i C1C2C12R R )2R R 2 1β)((1r R βR △U △U A A -≈++++-====d c A CMRR A () =d c A CMRR 20Log dB A
全差分运算放大器设计
全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择
运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ：
差动放大器的原理及四种连接方法_下_
电子报/2011年/5月/22日/第010版 电子职校 差动放大器的原理及四种连接方法(下) 江苏顾振远 (接上期) 3.晶体管恒流源电路 用差动放大器抑制零点漂移的方法就是“加入”Re，如上所述Re愈大，克服零点漂移的效果愈好，但Re愈大，需要的电源Ee愈高。我们一方面希望Re大，一方面又希望Ee低一些。在这种情况下，可使用晶体管来代替Re，这种电路称为晶体管恒流源差动放大电路，如图3所示。 图3中R1和R2是分压电阻，为T3提供正向偏置，以固定基极电位Ub3。当温度升高使Ic1、Ic2增加时，Re3两端的电压也要增加，但由于Ub3为固定值，Ube3就要下降，Ib3随之减小，因此抑制了Ic3的上升，保持了Ic3的不变。则Ic1、Ic2就不能增加，从而使管子的输出uol和u02几乎不变。 4.共模反馈型 如果一级差动放大倍数不够，就得采用多级进行放大，图4是一个高放大倍数放大器的前两级，为了提高共模抑制比和减小输出的漂移，引进了共模反馈。 当输入端有共模信号时(输入端的漂移或外界共模干扰)，Ic1、Ic2将同时变化。如果Ic1、Ic2都减小了，则第二级T4、T5管的Ie将增大，Ub3随之升高。如果用Ub3控制T3的基极，则Ic3将增加一些，从而Ic1、Id2回升，使Ic1、Ic2的变化趋势被削弱，这样每个管子输出电压的漂移也就小了。 以上各种方法，在良好工艺措施保证下，差动电路的零点漂移可以作到10μV/℃以下。 5.差动电路四种连接方法的比较 先将差动电路几种接法的主要性能列成附表。从附表上可以看出一些规律: (1)凡是双端输出，放大倍数基本上和单管一样。单端输出时放大倍数为单管一半。 (2)输出电阻在双端输出时为2RC，单端输出时为RC。 (3)输入电阻无论在双端输入还是单端输入时，均为2(Rbl+rbe)。(完)
差动放大器
实验四 差动式直流放大器 一、 实验目的 1． 了解差动放大器的性能特点和调试方法. 2． 学会测量差动放大器的放大倍数和共模抑制比. 二、实验仪器 直流稳压电源（双路）， GDM —8045数字万用表， 模拟电路实验箱 三、实验原理 差动式直流放大器（简称差放）的原理图如图，1T 、2T 的性能相同，21C C R R =，21R R =，21S S R R =，发射极共用一只电阻e R .由图可见，它由两个共发射极放 大器联体而成，与单管放大器比较，有以下三点不同： 1． 输入信号i U 对地对称，叫差模信号，1T 、2T 两管基极得到的信号是大小相等、方向相反的信号.在无线电技术中称这种输入形式为“平衡输入”或“对称输入”. 2． 输出信号o U 在两管的集电极上取出，对地也是对称的，所以也叫“平衡输出”“对称输出”，也叫“双端输出”. 3． 两晶体管共用一只发射极电阻e R 由于这三点不同，使差放具有了零点漂移小，能够放大频率低至直流的信号的特点.它广泛用于测量技术中，在集成电路中应用更普遍. 当输入差模信号i U 时，1T 的集电极电位下降1C U '?，2T 的集电极电位上升2C U '?，而且因电路对称，='?1C U 2C U '?，输出电压21C C O U U U '?+'?=?.差放双端输出时的差模放大倍数dd A 为：
21212222d d i C i C i o dd A A U U U U U U A =='?='?=?= ， 21d d A A ,是单端输出时的差模电压放大倍数. 当1T 、2T 的基极上加大小相等，相位相同的共模信号i U 时，两管集电极电位同 时上升或下降1C U ''?和2C U ''?且1C U ''?=2C U ''?，此时若采用单端输出，则O U ?=1C U ''?=2C U ''?，差放单端输出时的共模电压放大倍数i C CS U U A 11''?=，i C CS U U A 22''?= ,它们均大于0；若采用双端输出，则共模电压放大倍数021=''?-''?=?= i C C i O cd U U U U U A ，差放的这一特点，就是它能消除“零点漂移”的原理.因为象温度变化、外界干扰那样的信号，都是同时同相等量的加在差放的两只晶体管上的，相当于共模信号. 在实际应用中，电路不可能完全对称，所以cd A 也不可能完全为0.另外，差放也经常采用单端输出的方式，即使电路完全对称，1CS A 、2CS A 也不可能等于0，所以在两管发射极上接公用电阻e R .该电阻对差模信号不起作用，但对共模信号有负反馈作用，使1CS A 、2CS A 下降，从而起到抑制漂移的作用.显然，e R 越大，这种抑制作用越大，在数量上，e C e C CS CS R R R R A A 222121-=- ==，但e R 也不能太大. 四、实验内容 实验电路如图所示，检查实验电路板，接好+12v 和-12v 电源，将①接①’，②接②’，开始实验。 1． 典型差动放大器性能测试 开关K 拨向1，构成典型差动放大器。 （1) 测量静态工作点 ①调节放大器零点
加法器及差分放大器项目实验报告
加法器及差分放大器项目实验报告 一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)25(21i i O U U U +-=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电 压波形。 C ：输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。 D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，改变正弦波的频率，从1kHz 逐渐增加，步长为 2kHz ，测量该加法器的幅频特性。 2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系：21i i O U U U +=。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压 波形。 （二）、差分放大器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容 2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)(521i i O U U U --=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件
全差分套筒式运算放大器设计
全差分套筒式运算放大器设计 1、设计内容 本设计基于经典的全差分套筒式结构设计了一个高增益运算放大器，采用镜像电流源作为偏置。为了获得更大的输出摆幅及差模增益，电路采用了共模反馈及二级放大电路。 本设计所用到的器件均采用SMIC 0.18μm的工艺库。 2、设计要求及工艺参数 本设计要实现的各项指标和相关的工艺参数如表1和表2所示：
3、放大器设计 3.1 全差分套筒式放大器拓扑结构与实际电路 图1 全差分套筒式放大器拓扑结构 图2 最终电路图
3.2 设计过程 在图1中，Mb1和M9组成的恒流源为差放提供恒流源偏置，且M1，M2完全一样，即两管子所有参数均相同。Mb2、M7和M8构成了镜像电流源，M5、M6和M7、M8构成了共源共栅电流源，M1、M2、M3、M4构成了共源共栅结构，可以显著提高输出阻抗，提高放大倍数（把M3的输出阻抗提高至原来的（gm3 + gmb3）ro2倍。但同时降低了输出电压摆幅。为了提高摆幅，控制增益，在套筒式差分放大器输出端增加二级放大。 本设计中功率上限为10mW，可以给一级放大电路分配3mA的电流。设计要求摆幅为3V，所以图1中M1、M3、M5、M9的过驱动电压之和不大于1.8-3/2=0.3V。我们可以平均分配每个管子的过驱动电压。根据漏电计算流公式(1)（考虑沟道长度调制效应），可以计算出每个管子的宽长比。 I D=1 2μn C ox W L (V GS?V TH)2(1+λV DS)(1) 其中，C ox等于ε/t ox，μn和t ox可以从工艺库中查找。 4、仿真结果 经过调试优化之后的仿真结果如以下各图所示： 图3 增益及相位裕度 从图中可以看出，本设计的低频增益达到了74.25dB，达到了预期要求。3dB 带宽为35kHz左右，比较小，可见设计还有改进的余地。 当CL为2pF时，相位裕度： PM=180°+∠βH(ω)=180°?125.5°=54.5° 电源电压为1.8V时，输出摆幅如下图所示，达到了3V。
几个常用经典差动放大器应用电路详解资料
几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：
这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。
差动放大电路_实验报告
实验五差动放大电路 (本实验数据与数据处理由果冻提供,仅供参考,请勿传阅.谢谢~) 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 R P用来调节T1、T2管的静态工作点， V i＝0时， V O＝0。R E为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用,可以有效抑制零漂。 差分放大器实验电路图 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、晶体三极管3DG6×3， T1、T2管特性参数一致，或9011×3,电阻器、电容器若干。 四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 开关K拨向左边构成典型差动放大器。 1) 测量静态工作点 ①调节放大器零点
信号源不接入。将放大器输入端A 、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压V O ，调节调零电位器R P ，使V O ＝0。 ②测量静态工作点 再记下下表。 2) 测量差模电压放大倍数(须调节直流电压源Ui1=0.1V ,Ui2=-0.1V) 3) 测量共模电压放大倍数 理论计算：(r be =3K .β=100. Rp=330Ω) 静态工作点: E3 BE EE CC 212 E3 C3R V )V (V R R R I I -++≈≈=1.153mA I c Q =I c 3/2=0.577mA, I b Q =I c /β=0.577/100=5.77ｕA U CEQ =V cc-I c R c+U BEQ =12-0.577*10+0.7=6.93V 双端输出:(注:一般放大倍数A 的下标d 表示差模,下标c 表示共模,注意分辨) P be B C i O d β)R (12 1 r R βR △V △V A +++- ===-33.71 A c 双 =0.
实验六 差动放大器
实验六差动放大器 学院：信息科学与技术学院专业：电子信息工程 姓名：刘晓旭 学号：2011117147
一．实验目的 1．熟悉差动放大器的工作原理。 2．掌握差动放大器的静态测试方法。 3．掌握差动放大电路的动态参数测量方法。 二．实验仪器 1．双踪示波器2．数字万用表3．直流稳压电源4．交流信号源 三．预习要求 1．分析实验电路图5-6-1 的结构特点及工作原理。 2．计算实验电路的静态工作点（设r be=300Ω，β=100）及差模电压放大倍数。3．拟制差放电路静态值及动态值的测试方案及数据记录表格。 四．实验原理及测试原理 差动放大器是由参数完全对称的两个单级放大器组成。有两个输入端和两个输 出端，所以在使用时，有四种组态可供选择，分别为，双端输入双端输出、双入 单出、单入单出、单入双出。差动放大器在电路对称程度比较高的情况下能够 很好地抑制零点漂移。图 5-6-1 所示电路为实验测试电路，电位器 R P 用来 调整电路的对称程度，但会影响电路对有用信号的放大能力。 1．差模电压放大倍数A ud
差模信号指大小相等，相位相反的两个信号。在本实验图中，u id 加在输入端 1，2 之间， 由于电路的对称性，左部分电路和右部分电路接受的输入信号分别为 u i1d 和 u i2d ，应为 u id /2， 且相位相反。双端空载输出时，对应的差模电压放大倍数为： ud A 其中： r 单端空载输出时，差模电压放大倍数为双端输出放大倍数的 1/2。 2．共模电压放大倍数 A uc 共模信号指大小相等，相位相同的两信号。将共模输入信号 u ic 同时加至差动放大器 的两个输入端 1、2，在双端输出时，对应的共模电压放大倍数 Auc=Uoc/Uic 理想对称情况下，A uc （双出）=0；单端输出时，对应的共模电压放大倍数由于两管射极等效 动态电阻非常大，形成很强的负反馈，所以也近似为零。 差动放大器工作时，不可能理想对称，所以在输入共模信号时，总有很小的共模输出信 号存在，此信号可以通过测量得到，通过计算得到电路的共模电压放大倍数 A uc 。 3．共模抑制比 K CMRR 共模抑制比定义为电路的差模放大倍 数与共模放大倍数的比值， 即 K CMRR =A ud / A uc K CMRR 综合表征了电路对有用信号的放大能力和对零点漂移的抑制能力，值越大表明差放 电路的性能越好。实际使用时，也用分贝值来表示。 五．实验内容及步骤 1．按图 5-6-1 电路接线。 2．测量静态工作点 将输入端 1，2 短路并接地，接通直流电源+12V ，调节调零电位器 R P ，测量 U C1、U C2 之间 的电压 U O ，尽量使双端输出电压 U O =0 或接近 0，表明电路基 对称。然后测量差放电路中 T 1、T 2 和 T 3 的静态值，主要有基极电位和集电极电位值，并和理论计算值进行比较。 3.测量差模电压放大倍数
差分放大器解决方案
差分放大器解决方案 差分放大器是能把两个输入电压的差值加以放大的电路。能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。它可以是平衡(术语"平衡"意味着差分)输入和输出，也可以是单端(非平衡)输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换，是各种集成电路的一种基本单元。 目录 一、差分放大器方案介绍 二、差分放大器的优点 三、差分放大器的作用 四、差分放大器的工作原理 五、差分放大器的特点 六、差分放大器的应用 正文 一、差分放大器方案介绍
差分放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，有时简称为“差放”。差分放大器通常被用作功率放大器(简称“功放”)和发射极耦合逻辑电路(ECL，Emitter Coupled Logic) 的输入级。如果Q1 Q2的特性很相似，则Va，Vb将同样变化。例如，Va变化+1V，Vb也变化+1V，因为输出电压VOUT=Va-Vb=0V，即Va的变化与Vb的变化相互抵消。这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。若差放的两个输入为，则它的输出Vout为：其中Ad是差模增益(differenTIal-mode gain)，Ac什模增益(common-mode gain)。 二、差分放大器的优点 差分放大器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。但是差分放大器结构复杂、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。差分放大器：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。 (a)射极偏置差放(b)电流源偏置差放
差动放大电路实验
差动放大电路实验报告 严宇杰141242069 匡亚明学院 1.实验目的 （1）进一步熟悉差动放大器的工作原理； （2）掌握测量差动放大器的方法。 2.实验仪器 双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。 3.预习内容 （1）差动放大器的工作原理性能。 （2）根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。 4.实验内容 实验电路如图3.1。它是具有恒流源的差动放大电路。在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3 和R e3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。对于共模信号，若 Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。调零电位器 R p用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号V i=0时使双端输出电压V o=0. 差动放大器常被用作前置放大器。前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。于是人们希望只放大差模信号，不放大共模
差动放大器差动放大器
实验报告：学号：2010210979 姓名：葛宝瑞班级：0221002 实验一：CS放大器 一．实验步骤： 打开位于桌面上的快捷方式,点击POWERED ON 之后,弹出此界面在用户名中输入：tang，之后会弹出类似界面，输入密码：123456,点击icfb.sh,选择在终端中运行; 2、选择File>New>Library,新建自己所用library；输入一个英文名,然后点击OK;之后选择Attach to an existing techfile 的选项，点OK,再Technology Library 选项里面选择NCSU_Techlib_tsmc02d这个选项；这样就建好了一个library； 3、选中自己所建的library后,点击File_New,新建自己所需要的cell New File；这里选择建立一个名(不可中文),然后就出现了电路图的设计界面; 4、点击Add ，选择Instance 的界面，点击Browse，选择analogLib（这是一个应用的元器库）在cell框中选择nmos4；同时在view框中选择symbol格式，这时这个四段nmos器件就选择好了，然后我们设置器件model name为mn，宽度（Width）预设为4u;长度为1u，这个器件的初始值变设置好了；以同样的方法选取pmos4；如果需要改变参数,选中器件后,点击快捷键q，就进行更改； 5、选择gnd（地端），Vdd（高电位），用导线将器件链接好；点击pin键，在pin name里面写上端口的名字，是vin，代表输入端口;要注意下面要选择端口类型，选择input;然后同样的方法将输出端口名为vout,端口类型为output；最后vb端其类型也为input； 6、类似于4的方法建立工作电源：选择3个vdc，需要的直流电压源,设置电压源的初值为5v，3.8v,1v;再来设置小信号，我们设置初值为1v就差不多能够满足其饱和的需求。而小信号我们采用的是vsin正弦波信号，其ac magnitude为1v,方便我们比较信号的放大倍数；而amplitu为1mv；频率为10kHZ；之后按照下图所示接好所选元器件，同时设定好参数，这样就连好了电路；同时操作注意：点击Esc,为放弃器件选择，也能代表放弃此次操作；还有COPY对元器件的复制操作，先点击COPY之后选择要复制的元器件，左击，然后放到你要的位置，再次左击放置； 二．参数设定: 已知vdd=3V, 输出摆幅2.7V，电流为10uA. 所以两管消耗的过驱动电压共0.3V，每个管0.15V。设置偏置电压V out=1.5V,pmos的阈值电压为1V，|Vds|>|Vgs-Vth|,所以Vgs<1.15V,我们可以取vb=1.8V,直流工作电流为10uA,可以仿出P管宽长比。