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差分信号的应用电路[宝典]
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摘要: 1、静态分析 静态时Ui1 =Ui2=0，由于两管对称，设UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，RB1=RB2=RB，RC1=RC2=RC，由基极-发射极回路列方程
(3) 通常情况下，RB阻值很小，IBQ也很小，所以IBQRB可以忽略不计，发射极静态电流
1、静态分析
静态时Ui1 =Ui2=0，由于两管对称，设UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，RB1=RB2=RB，RC1=RC2=RC，由基极-发射极回路列方程
通常情况下，RB阻值很小，IBQ也很小，所以IBQRB可以忽略不计，发射极静态电流
2、动态分析
（1）对共模信号的抑制作用
在差动式放大电路的两个输入端加上一对大小相等极性相同的信号，即Ｕi1=Ｕi2，这种输入方式称为共模输入。共模输入信号用Ｕic表示。共模输入的电路如图1所示。由于电路参数对称，ΔiB1=ΔiB2，ΔiC1=ΔiC2，因此集电极电位变化也相等，共模输入时的输出电压
ＵC1=ＵC2=AuＵic
Ｕoc=ＵC1－ＵC2＝０
这说明差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用，在参数完全对称的情况下，共模输出为零。
由于电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。
图1 输入共模信号
在图1中，RE对共模输入信号起负反馈作用；而且，对于每边晶体管而言，发射极电阻为2RE，阻值越大，负反馈作用越强，集电极电流变化越小，因而集电极电位的变化莫测也就越小，但RE不宜过大，因为由式(5)可知，它受电压UCC的限制。为了描述差分放大电路对共模信号的抵制能力，引入一个新的参数----共模放大倍数AC，定义为
式(8)中，uic为共模输入电压；uoc是uic作用下的输出电压。在电路参数理想对称的情况下，AC=0。
（2）对差模信号的放大作用
当加在两个输入端之间的输入信号Uid被输入端对地的电阻分压，它们各分得Uid的一半，但极性相反。即
这相当于在两个输入端加上一对大小相等极性相反的信号，这样的信号称为差模信号。差模输入信号如图2（a）所示。
图2 输入差模信号
由于ui1=-ui2，又由于电路参数对称，T1、T2所产生的电流变化大小相等而变化方向相反，即ΔiB1=-ΔiB2，ΔiC1=-ΔiC2，因此集电极电位的变化也是大小相等而变化方向相反，ΔuC1=-ΔuC2，这样得到输出电压uo=uC1-uC2=2ΔuC1，从而实现电压放大。同时，T1和T2的发射极电流的变化，同基极电流一样，也是大小相等而变化方向相反，即ΔiE1=-ΔiE2，因此流过电阻RE的电流变化ΔiRE=-ΔiE1+ΔIE2=0，即RE对差模信号的无反馈作用。也就是说，RE对差模信号相当于短路，因此大大提高了对差模信号的放大能力。
由于图2 (a)中晶体管的发射极E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”，由于负载电阻的中点电位在差模信号作用下也不变，也相当于接“地”，因而RL被分成相等的两部分，分别接在T1管和T2管的c和e极之间，差模信号作用下的等效电路如图2 (b)所示。
差模电压放大倍数
可见，差模电压放大倍数等于单管共射极放大电路的电压放大倍数。 由图2 (b)可得
联立(10) 、(11) 和(12)三式，可求得Aud
由此可见，虽然差动放大电路用了两只晶体管，但它的放大能力只相当于单管共射放大电路。因而差动放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，换取抑制温度漂移的效果。
根据输入电阻的定义，根据图2 (b)所示的微变等效电路可知
根据输出电阻的定义，根据图2 (b)所示的微变等效电路可知
在理想状态下，即电路完全对称时差动式放大电路对共模信号有完全的抑制作用。实际电路中，差动式放大电路不可能做到绝对对称，这时Ｕoc≠0，Auc≠0，即共模输出电压不等于零，共模电压放大倍数不等于零。为了衡量差动式电路对共模信号的抑制能力，将Aud与Auc之比称为共模抑制比，用KCMR表示，即
由上式可以看出，KCMR越大，差动式放大电路放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力越强，即KCMR越大越好。理想差动式电路的共模抑制比KCMR→∞。后面我们将讨论如何提高共模抑制比。由式(16)可见,在保证Aud不变的情况下，降低Ac，可以提高KCMR。
射极电阻RE越大，对于零点漂移和共模信号的抑制作用越显著。但RE越大，产生的直流压降就越大。为了补偿RE上的直流压降，使射极基本保持零电位，故增加负电源ＵEE，此时，基极电流ＩB可由ＵEE提供。当RE选得较大时，维持正常工作电流所需的负电源将很高，例如，若选RE=100kΩ，则维持1mA射极电流所需的负电源ＵEE竞高达200V，显然是不可取的。为了解决这个问题，可以采用恒流源电路代替射极电阻RE，其电路如图3（ａ）所示。图中T3管采用分压式偏置电路，无论T1、T2管有无信号输入，IB3恒定，IC3恒定，所以T3管称为恒流管。其简化电路如图3（b）所示。
恒流源的静态电阻Ｕ/I很小，所以不需要太大的ＵEE就可以得到合适的工作电流。
(a)具有恒流源的差分放大电路
(b)简化电路
图3 恒流源差分放大电路
在图3（ａ）中，ＩC3＝IE3，由于ＩC3恒定 ，故IE3恒定，则ΔIE=0,这时动态电阻rd为
恒流源对动态信号呈现高达几兆欧的电阻，rd相当于RE，所以，对差模电压放大倍数Aud无影响。对共模信号有很强的抑制能力，使Auc → 0，这时KCMR→∞。实现了在不增加负电源UEE的同时，提高了共模抑制比的目的。
（3）任意信号的分解
任意信号指：两个输入信号ui1、ui2既非差模信号又非共模信号，如图4(a)所示，可以将这对任意信号替换成一对共模信号和一对差模信号，如图4 (b)所示。
(a)任意输入信号
(b)任意输入信号的等效替换
图4 任意信号分解
差模分量：
共模分量：
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栏目导航：应用于宽带功率放大器的开关电容调谐技术--《光通信研究》2016年02期
应用于宽带功率放大器的开关电容调谐技术
【摘要】：设计了一种工作于0.7~3GHz、最高输出功率为23.6dBm的CMOS(互补式金属氧化物半导体)宽带PA(功率放大器),该PA由单级放大器组成,采用全差分Cascode电路结构。PA的输入、输出端均采用开关电容并联片上变压器的形式实现宽带匹配,通过数字信号控制改变容值大小,进而调谐PA的工作频点,实现宽带工作范围。该PA基于TSMC 0.18μm CMOS工艺模型进行设计,采用Agilent ADS软件进行PA性能仿真和片上变压器的设计。版图仿真结果表明:在0.7~3GHz频段内,PA的输入完全匹配(S11-10dB),小信号增益S21在1.7GHz达到27dB,芯片面积仅为0.75mm2。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TN722.75【正文快照】：
2.湖北工业大学a.计算机科学与技术学院;b.太阳能高效利用湖北省协同创新中心,武汉引言随着无线通信协议的不断增加,频率资源日益紧张,目前常见通信协议的工作频率范围为0.7~3GHz。如何设计一个多频段宽带的单片收发器并可同时兼容以上所有协议极为重要,这样将大大降
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