差分放大电路的作用 差分放大电路对增益的影响

2024-12-0401:51:01综合资讯0

在前一章节中,我们讨论了为差分放大电路增设一个中间级(即电压放大级),其基本框图如上所示。将差分放大电路直接与下一级放大电路相连并没有引入缓冲级,这种设计方式带来了一些问题。

电路的静态工作点无法得到良好的调节。在电路中,电阻R1的大小不仅影响静态工作点的位置,同时也与中间级的负反馈特性密切相关。如果R1的阻值设置得过小,静态工作点就无法正确调节,且中间级的静态性能会变得不稳定。相反,如果R1的阻值增大,负反馈效应会加强,这样一来,输入端的信号就会被轻微放大,导致R1上方的电压过高,最终使得Q9基射电压反偏,从而使Q9截止,造成信号失真。这一矛盾似乎无法得到有效解决。

为了解决这一问题,我们可以对差分放大电路进行优化,方法是在输出端添加一个缓冲级,如下图所示。这个缓冲级的加入,能够有效减小原电路中的一些问题。

在新的设计中,三极管Q6与电阻R1共同构成了一个射随电路(即缓冲级)。射随电路的特点是输入阻抗高,而输出阻抗低,这使得其在传输信号时具有较好的稳定性。与此三极管Q9、Q8以及电阻R5共同组成了一个有源放大电路,起到中间级放大的作用。

通过调节R1和R5的阻值,我们能够较为轻松地调节静态工作点,并且能够在电压增益和放大级稳定性之间找到一个合适的平衡点。具体来说,R1的阻值越大,射随电路的输入阻抗就越高,信号衰减的程度也随之增大,这样负反馈效应得到加强,电路的稳定性得到提升。调整R1的阻值实际上是在调节电路的增益。

电阻R5作为有源放大电路中的射极电阻,也具有负反馈作用。虽然R5也会对电路增益产生一定影响,但由于有源负载的动态电阻较大,R5对电压增益的影响相对较小。调整R5的阻值主要用于调节静态工作点,并且在增益与稳定性之间找到一个较为理想的折中值。

假设我们希望将节点2的静态工作点设置在1.5V左右,并且希望电路具有较高的稳定性,且电压增益适中,从而能够拓宽输入信号的幅度。在这种情况下,我们可以将R1的值设置得远大于R5,比如将R1设为10kΩ,而R5设置为1.1kΩ。如此设置之后,我们连接一个10kΩ的电阻进行测试,输入信号为1kHz,信号幅度为10μV。实验结果表明,电压增益大约为2000倍,虽然增益相对较低,但电路的稳定性和输入信号幅度得到了明显的扩展。

接下来,我们对R1和R5的阻值进行调整,以便提高电压增益。假设我们将R1设置为3.2kΩ,R5设置为3kΩ,节点2的静态工作点依旧维持在1.5V左右。再次进行测试后,我们发现电压增益提升到了约20000倍,增益显著增大。

从这些实验可以得出结论:在差分放大电路中加入输出缓冲级,不仅能够有效调整静态工作点,还能够在电压增益与电路稳定性之间找到一个理想的平衡点。通过合理调节R1和R5的阻值,可以在不同需求下实现电路性能的最佳配置。