第30卷 第6期2008年12月
电气电子教学学报
J OU RNAL OF EEE
Vol. 30 No. 6Dec. 2008
单端输入差分放大电路输入信号的等效变换
任骏原
(渤海大学物理系, )
摘 要:e , R e 的取值大小只反映对共模输入信号的抑制程度。并把, 得出这两种输入信号的等效变换方法具有等效性的结论。并介绍了单端输入差分放大电路的教学处理方法。
关键词:差分放大电路; 单端输入; 等效变换中图分类号:TN722. 5+7
文献标识码:A 文章编号:100820686(2008) 0620012203
The Equivalent T ransformation of Input Signal
in Single 2end Input Differential Amplif ier
REN Jun 2yuan
(Depart ment of Physics , B ohai Universit y , J inz hou 121000, China )
Abstract :Analysis met hods of emitter coupling t ransmission in differential amplifier have been researched. Through circuit analysis , single end inp ut signals have been converted to superposition of common 2mode signals and difference 2mode signals. Condition of big emit 2port resistance R e is not necessary when perform t his equivalent t ransform. The value of R e o nly reflect s t he supp ression degree of common 2mode signals. Compared wit h mat hematical transformation met hods of inp ut signal , t he conclusio n t hat t he two met hods are equivalent has been drawn. At last , teaching p rocessing met hods of single 2end inp ut differential ampli 2fier are int roduced.
K eyw ords :differential amplifier ; single 2end inp ut ; equivalence t ransformation
1 问题的提出
对图1所示的长尾式单端输入差分放大电路的动态性能进行分析的常用方法是, 将单端输入信号进行等效变换, 变成差模输入信号和共模输入信号共同作用, 再分别分析差模特性和共模特性。
目前, 一些教材及文献介绍的输入信号等效变换方法有两种:输入信号用数学方法等效变换[122]和输入信号发射极耦合传输等效变换[324], 但均未深入
分析两种处理方法之间的关系,
也没有对发射极耦
图1 长尾式单端输入差分放大电路
收稿日期:2008206217; 修回日期:2008208216
作者简介:任骏原(19552) , 男, 副教授, 主要从事电子技术教学和科研工作,E 2mail :renjunyuan@126. com
第6期任骏原:单端输入差分放大电路输入信号的等效变换13
合传输等效变换进行深入研究, 因而出现了两种输入信号等效变换方法的条件与结论不一致的现象。这会给单端输入差分放大电路的教学带来许多疑难问题。而本文分析认为两种方法具有等效性。
2 两种等效变换方法的比较
2. 1 方法1:输入信号用数学方法等效变换
图3 R e 图1左侧输入信号可等效变换为
u i =u i /2+u i /2
0=u i /2-u i e 对共模信号的抑, 。
) (2)
变换后的左右两边每侧等效为差模和共模两个
信号源串联, 每侧的差模输入信号分别为u i /2和-u i /2, 总的差模输入信号为u i ; 每侧即总的共模输入信号为u i /2。等效变换后的输入信号作用位置是输入端和地之间, 输入信号的接地方式已经改变, 如图2所示
。
输入信号两种等效变换方法不同之处如下:①等效变换时对发射极电阻R e 的取值要求不同:方法1对发射极电阻R e 的取值没有要求, 方法2要求发射极电阻R e 的取值很大。
②差模特性分析时发射极电阻R e 的处理方式不同:方法1将发射极电阻R e 短路处理, 方法2将发射极电阻R e 开路处理。
③输入信号等效变换后作用位置不同:方法1等效变换后输入信号作用于输入端和地之间, 方法2等效变换后输入信号作用于输入端和发射极之间。
笔者认为, 现行教材未对发射极耦合传输等效变换不同方法进行分析的原因, 是未分析输入信号的等效分解变换过程, 只做了简单的近似等效分解。
图2 放大电路输入信号的等效变换
分析差模特性时, 信号差模输入, T 1管和T 2管
的发射极电流以大小相等、方向相反的形式通过发射极电阻R e 。因而R e 中的总电流为零, 其两端电压为零, 所以发射极电阻R e 可按短路处理。
分析共模特性时, 由于信号共模输入, T 1和T 2
的发射极电流以大小相等、方向相同的形式通过发射极电阻R e 。此时R e 中的总电流不为零, R e 两端电压不为零。所以发射极电阻R e 引入了共模负反馈抑制共模信号。
方法1的特点是变换方法简单, 但没有输入信号在输入回路传输过程的分析。2. 2 方法2:发射极耦合传输等效变换
图1电路为输入信号u i 由T 1发射极产生的跟随电压u e 耦合传输至T 2的发射极。如果发射极电阻R e 很大, R e 支路相当于开路, 输入信号u i 近似对称分配在T 1和T 2之间, 两处极性相反为一对差模输入信号, 与双端输入时近似一致, 如图3所示。
方法2的特点是输入信号在输入回路的传输过程直观清楚,
但没有表示出输入信号在输入回路分
3 发射极耦合传输的等效变换
图1所示差分放大电路的输入回路的微变等效电路如图4所示。其中, r be 为晶体管的输入电阻, β为晶体管的电流放大系数, u e 为发射极电位[5]
。
图4 输入回路的微变等效电路
由图4, 可得到
i e1=i e +i e2=
) i b2(3) +(1+β
R e
所以有
i b2=
i e1=i b1) R e ) R e R b +r be +(1+βR b +r be +(1+β
(4)
由图4及上式可见, 输入信号u i 表达式为
14 电气电子教学学报 第30卷
u i =(R b +r be ) i b1+(R b +r be ) i b2=(R b +r be )
i b1
) R e R b +r be +(1+β
(5)
于是, 发射极电位u e 的表达式为
u e =(R b +r be ) i b2=
2
-
(6) ) R e 2(R b +r be ) +4(1+β
图6 R e 短路的共模输入等效电路
由图1和图4可见, 左边输入端和发射极之间
的电压为
u i1=u i -u e =
2
+
R e 2(R r )
由图1和图, 的电压为
u i2=-u e =-法1中接:
所产。
, R e 接地, 共模输入信号等效变换成数值为u i /2、作用位置为输入端和地之间。于是, 可将电路可画成图7所示的形式, 和方法1中的共模输入的等效形式相同。
2
+
) R e 2(R b +r be ) +4(1+β
(8)
式(7) 和式(8) 表明, 输入信号u i 在输入回路可
等效分解为差模输入信号和共模输入信号的叠加, 且等效变换时不需要发射极电阻R e 很大的条件。
式(7) 和式(8) 中, u i /2和-u i /2
为每边的差模输入信号, 作用位置是输入端和发射极之间, 总的差模输入信号为u i 。在保持输入端和发射极之间的差模输入信号不变且保持输入端差模输入电流不变的前提下, 改变接地点及将R e 短路, 可将每边的差模输入信号作用位置等效变换为输入端和地之间, 如图5所示。它和方法1中差模输入等效形式相同。
图7 接R e 的共模输入等效电路
4 结语
本文深入研究了输入信号发射极耦合传输等效
变换的过程和完善变换方法后, 发现输入信号用数学方法等效变换和输入信号发射极耦合传输等效变换的两种方法具有等效性, 表现在以下三个方面:
①两种方法均对输入信号进行了等效变换, 等效为差模输入信号、共模输入信号的叠加, 且等效变换时与发射极电阻R e 取值大小无关。
②发射极电阻R e 抑制共模输入信号, 取值大
图5 R e 短路的差模输入等效电路
式(7) 和式(8) 中, 令u A 为
u A =
) R e 2(R b +r be ) +4(1+β
(9)
小反映对共模输入信号的抑制程度。
③发射极电阻R e 对差模输入信号无影响, 输入信号用数学方法等效变换法、输入信号发射极耦合传输等效变换法都是用短路处理方式消除R e 的影响。参考文献:
[1] 华成英, 童诗白. 模拟电子技术基础(第四版) [M ].北京:高等
即为每边共模输入信号, 即总的共模输入信号, 作用
位置是输入端和发射极之间。表达式中含发射极电阻R e , 反映了R e 对共模输入信号的抑制作用。共模输入等效电路如图6所示, 等效电路中发射极电阻R e 短路。
当发射极电阻R e =0时, 共模输入信号最大为u i /
2, 电路没有共模负反馈抑制作用; 发射极电阻R e 越大, 共模负反馈抑制作用越强, 共模输入信号越小。当R e =∞时, 共模输入信号u A 为零。
图6所示的R e 短路的共模输入等效电路和方
教育出版社,2006
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