CN201893757U - 一种新型差分放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型差分放大器，该差分放大器装置由晶体管、集成运算放大器和恒流源及电阻及电容组合而成；增益环路分别由第一、第二晶体管、第一集成运算放大器及第三、第四晶体管、第二集成运算放大器和恒流源组成电流反馈放大器，其增益即有与输入端相隔离的反馈电阻网络中的增益设置电阻进行调整。外界输入信号分别加至第一、第四晶体管的基极，它与电阻反馈网络相隔离，产生从输入端第一、第四晶体管的基极到第一、第二集成运算放大器输出端的闭环差分增益，合理选择增益电阻阻值即可获得所需要的增益。本实用新型独特的电路结构使它具有比以往仪器放大器更高的共模抑制比，同时具有高增益、高输入阻抗、低噪声、高稳定性的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及运算放大器领域，特别涉及一种新型差分放大器。
背景技术
目前的测量仪器大多采用集成运算放大器作为输入级，放大器与信号端的连接也多数设计为差分输入，虽然增益可以设计得相当高，可是在工业应用中，来自输入线固有的电网及其他干扰和仪器系统内部的干扰组成的噪声，在精密分析测量仪器中会给精确测量带来很大的误差，造成严重的威胁。作为前端，虽然也采取了一些抗干扰措施，但是从仪器整体的高性能要求考虑，其整体的抗干扰性还是不能令人满意，特别是高精度分析测量仪器，例如在差示量热扫描仪中对于极其微弱的μV级DSC信号，由于干扰的影响，使信噪比降低，进而引起测量误差；当被测样品量很少时，由干扰产生的噪声，甚至可以使得仪器分辨不出DSC信号而无法进行测试，使仪器性能的发挥受到一定限制，这是目前精密分析测量仪器中普遍存在而亟待解决的问题。
实用新型内容
针对解决以往差示量热扫描仪所存在的需要高增益、高度抑制共模干扰的技术问题，本实用新型提供了一种高增益、高输入阻抗、低噪声、高稳定性的新型差分放大器。
为解决上述技术问题，一种新型差分放大器，包括：
恒流源；
第一双极型晶体管、第二双极型晶体管、第三双极型晶体管和第四双极型晶体管，该第一双极型晶体管和第四双极型晶体管的相应基极分别与外界的正相位输入信号和负相位输入信号相连接，第二双极型晶体管和第三双极型晶体管的相应基极彼此相互连接，并且该第一、第二、第三和第四双极型晶体管的发射极彼此共同连接，所述恒流源连接到上述发射极的公共节点；
第一负载、第二负载、第三负载和第四负载，作为所述第一双极型晶体管、第二双极型晶体管、第三双极型晶体管和第四双极型晶体管的相应集电极电流的电流路径；
第一集成运算放大器、第二集成运算放大器和第三集成运算放大器，均具有正相位输入端、负相位输入端和输出端，第一集成运算放大器的正相位输入端、负相位输入端分别连接第一双极型晶体管、第二双极型晶体管的集电极，第二集成运算放大器的正相位输入端、负相位输入端分别连接第四双极型晶体管、第三双极型晶体管的集电极，第三集成运算放大器的正相位输入端、负相位输入端分别连接第一集成运算放大器、第二集成运算放大器的输出端。
其中，在所述第一、第二、第三和第四双极型晶体管与所述恒流源之间分别插入线形电阻。
其中，在所述第二双极型晶体管和第三双极型晶体管的相应基极之间分别插入线形电阻。
与现有技术相比，本实用新型新型差分放大器由晶体管、集成运算放大器和恒流源及电阻及电容组合而成；由于采用了连续差分放大和恒流源等技术措施，使差分放大器的信噪比和稳定性能有明显的提高。第一双极型晶体管、第二双极型晶体管、第三双极型晶体管和第四双极型晶体管均设计为由差分输入、双输出构成的差分增益前端；第一双极型晶体管、第二双极型晶体管和第三双极型晶体管、第四双极型晶体管的发射极电流通过恒流源，有利于提高放大器稳定性。外界输入信号加至第一双极型晶体管的基极和第四双极型晶体管的基极，它与电阻反馈网络相隔离，产生从输入端第一双极型晶体管的基极和第四双极型晶体管的基极到第一集成运算放大器、第二集成运算放大器输出端的闭环差分增益，增益环路分别由第一双极型晶体管、第二双极型晶体管、第一集成运算放大器及第三双极型晶体管、第四双极型晶体管、第二集成运算放大器和恒流源组成电流反馈放大器，其增益即有与输入端相隔离的反馈电阻网络中的增益设置电阻进行调整。合理选择增益电阻阻值即可获得所需要的增益。本实用新型独特的电路结构使它具有比以往仪器放大器更高的共模抑制比(CMRR)，同时具有高增益、高输入阻抗、低噪声、高稳定性的特点。
附图说明
图1为本实用新型新型差分放大器的结构示意图。
图中：1、恒流源，2、第一双极型晶体管，3、第二双极型晶体管，4、第三双极型晶体管，5、第四双极型晶体管，6、第一集成运算放大器，7、第二集成运算放大器，8、第三集成运算放大器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，一种新型差分放大器，包括：
恒流源U1；
第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三双极型晶体管Q3和第四双极型晶体管Q4，该第一双极型晶体管Q1和第四双极型晶体管Q4的相应基极分别与外界的正相位输入信号和负相位输入信号相连接，第二双极型晶体管Q2和第三双极型晶体管Q3的相应基极彼此相互连接，并且该第一、第二、第三和第四双极型晶体管的发射极彼此共同连接，所述恒流源U1连接到上述发射极的公共节点；
第一负载、第二负载、第三负载和第四负载，作为所述第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三双极型晶体管Q3和第四双极型晶体管Q4的相应集电极电流的电流路径；
第一集成运算放大器OP1、第二集成运算放大器OP2和第三集成运算放大器OP3，均具有正相位输入端、负相位输入端和输出端，第一集成运算放大器OP1的正相位输入端、负相位输入端分别连接第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2的集电极，第二集成运算放大器OP2的正相位输入端、负相位输入端分别连接第四双极型晶体管Q4、第三双极型晶体管Q3的集电极，第三集成运算放大器OP3的正相位输入端、负相位输入端分别连接第一集成运算放大器OP1、第二集成运算放大器OP2的输出端。
本实用新型电路设计为仪器放大器基本形式，但是在抗共模干扰方面采取了强化设计，它是一种高增益的直流耦合放大器，通过多级差分放大和恒流源，各元件参数的合理选择，与一般仪器放大器相比较，使得本差分放大器即使在共模信号的条件下也能获得很高的差分增益得以放大微弱的DSC信号，同时又具有很高的共模抑制比，足以使共模干扰影响大大降低。
其中，在所述第一、第二、第三和第四双极型晶体管Q1、Q2、Q3、Q4与所述恒流源U1之间分别插入线形电阻。
其中，在所述第二双极型晶体管Q2和第三双极型晶体管Q3的相应基极之间分别插入线形电阻。
与现有技术相比，本实用新型新型差分放大器由晶体管、集成运算放大器和恒流源及电阻及电容组合而成；由于采用了连续差分放大和恒流源等技术措施，使差分放大器的信噪比和稳定性能有明显的提高。第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三双极型晶体管Q3和第四双极型晶体管Q4均设计为由差分输入、双输出构成的差分增益前端；第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2和第三双极型晶体管Q3、第四双极型晶体管Q4的发射极电流通过恒流源U1，有利于提高放大器稳定性。外界输入信号加至第一双极型晶体管Q1的基极和第四双极型晶体管Q4的基极，它与电阻反馈网络相隔离，产生从输入端第一双极型晶体管Q1的基极和第四双极型晶体管Q4的基极到第一集成运算放大器OP1、第二集成运算放大器OP2输出端的闭环差分增益，增益环路分别由第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第一集成运算放大器OP1及第三双极型晶体管Q3、第四双极型晶体管Q4、第二集成运算放大器OP2和恒流源U1组成电流反馈放大器，其增益即有与输入端相隔离的反馈电阻网络中的增益设置电阻进行调整。合理选择增益电阻阻值即可获得所需要的增益。本实用新型独特的电路结构使它具有比以往仪器放大器更高的共模抑制比(CMRR)，同时具有高增益、高输入阻抗、低噪声、高稳定性的特点。
第三集成运算放大器OP3的设计为了抑制共模干扰，输出相对参考端的单端输出电压，便于下一级对该信号电压的处理。
本放大器由双电源供电，通过多级差分放大的级联和恒流源的接入等技术措施，合理选择器件参数，经过调试，足以获得足够的差分增益，同时明显有效地提高了本放大器的共模抑制比(CMRR)。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及其优点。本行业的技术人士应该了解，本实用新型不受上述实施条例的限制，上述实施条例和说明书中描述的只是用于说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型原理和范围的前提下，本实用新型还可有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本实用新型范围内。
本实用新型要求保护范围同所附的权利要求书及其它等效物界定。
Claims (3)
1.一种新型差分放大器，包括：
恒流源(1)；
第一双极型晶体管(2)、第二双极型晶体管(3)、第三双极型晶体管(4)和第四双极型晶体管(5)，该第一双极型晶体管(2)和第四双极型晶体管(5)的相应基极分别与外界的正相位输入信号和负相位输入信号相连接，第二双极型晶体管(3)和第三双极型晶体管(4)的相应基极彼此相互连接，并且该第一、第二、第三和第四双极型晶体管的发射极彼此共同连接，所述恒流源(1)连接到上述发射极的公共节点；
第一负载、第二负载、第三负载和第四负载，作为所述第一双极型晶体管(2)、第二双极型晶体管(3)、第三双极型晶体管(4)和第四双极型晶体管(5)的相应集电极电流的电流路径；
第一集成运算放大器(6)、第二集成运算放大器(7)和第三集成运算放大器(8)，均具有正相位输入端、负相位输入端和输出端，第一集成运算放大器(6)的正相位输入端、负相位输入端分别连接第一双极型晶体管(2)、第二双极型晶体管(3)的集电极，第二集成运算放大器(7)的正相位输入端、负相位输入端分别连接第四双极型晶体管(5)、第三双极型晶体管(4)的集电极，第三集成运算放大器(8)的正相位输入端、负相位输入端分别连接第一集成运算放大器(6)、第二集成运算放大器(7)的输出端。
2.根据权利要求1所述的新型差分放大器，其特征在于：在所述第一、第二、第三和第四双极型晶体管与所述恒流源之间分别插入线形电阻。
3.根据权利要求1所述的新型差分放大器，其特征在于：在所述第二双极型晶体管和第三双极型晶体管的相应基极之间分别插入线形电阻。
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| CN107425820A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-12-01 | 浙江九州量子信息技术股份有限公司 | 基于电流反馈式运放实现高频信号共模抑制的放大电路 |
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