background image

 

Electronic II 

 

Topics 

1.  Differential Amplifier 
2.  Differential Amplifier Applications 
3.  Operation amplifier internal circuits 
4.  Inverting and non-inverting amplifier 
5.  Differentiator and integrator circuits 
6.  A/D and D/A convertors 
7.  Logarithmic amplifier 
8.  Analog computer circuits 
9.  Power amplifiers 
10. Heat sink design 
11. Negative Feedback 
12. Amplifier instability 
13. Transistor amplifier frequency response 
14. RF amplifiers circuits 
15. oscillators circuits types 
16. Mixers 
17. PLL and frequency synthesizers 
18. Power supply regulator and switched mode 
19. Switched capacitor circuits and filter 

 

References 

1.  electronic devices by floyd 7

th

 

2.  Microelectronics Circuit Analysis and Design Donald A. Neamen 

 
 
 
 
 


background image

 

1.1 Differential Amplifier 

1.  Direct coupling 
2.  Low Noise 
3.  High input impedance 

A differential amplifier is a BJT amplifier that produces outputs that are a 
function of the difference between two input voltages. 

Basic Operation 

 

when both inputs are grounded (0 V), the emitters are at 0.7 V, It is assumed 
that the transistors are identically matched by careful process control during 
manufacturing so that their dc emitter currents are the same when there is no 
input signal. Thus,  


background image

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

1.2Modes of Signal Operation  

1- Single-Ended Differential Input When a diff-amp is operated with 
this input configuration, one input is grounded and the signal voltage is 
applied only to the other input, as shown in Figure 6–39. In the case 
where the signal voltage is applied to input 1 as in part (a), an inverted, 
amplified signal voltage appears at output 1 as shown. Also, a signal 
voltage appears in phase at the emitter of Q1. Since the emitters of Q
and Q2 are common, the emitter signal becomes an input to Q2, which 
functions as a common-base amplifier. The signal is amplified by Q2 and 
appears, noninverted, at output 2. This action is illustrated in part (a). 

In the case where the signal is applied to input 2 with input 1 grounded, 
as in Figure 6–39(b), an inverted, amplified signal voltage appears at 
output 2. In this situation, Q1 acts as a common-base amplifier, and a 
noninverted, amplified signal appears at output 1.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

2- Double-Ended Differential Inputs In this input configuration, two 
opposite-polarity (out-of-phase) signals are applied to the inputs, as 
shown in Figure 6–40(a). Each input affects the outputs, as you will see 
in the following discussion. Figure 6–40(b) shows the output signals due 
to the signal on input 1 acting alone as a single-ended input. Figure 6–
40(c) on page 308 shows the output signals due to the signal on input 2 
acting alone as a single-ended input. Notice in parts (b) and (c) that the 
signals on output 1 are of the same polarity. The same is also true for 
output 2. By superimposing both output 1 signals and both output 2 
signals, you get the total output signals, as shown 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

3-  Common-Mode  Inputs  One  of  the  most  important  aspects  of  the 

operation  of  a  diffamp  can  be  seen  by  considering  the  common-mode 
condition  where  two  signal  voltages  of  the  same  phase,  frequency,  and 
amplitude  are  applied  to  the  two  inputs,  as  shown  in  Figure  6–41(a). 
Again,  by  considering  each  input  signal  as  acting  alone,  you  can 
understand the basic operation. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure  6–41(b)  shows  the  output  signals  due  to  the  signal  on  only 

input 1, and  Figure6–41(c)  shows the output signals due to  the  signal on  only 
input  2.  Notice  that  the  corresponding  signals  on  output  1  are  of  the  opposite 
polarity, and so are the ones on output 2.When the input signals are applied to 
both  inputs,  the  outputs  are  superimposed  and  they  cancel,  resulting  in  a  zero 
output voltage, as shown in Figure 6–41(d).This action is called common-mode 
rejection. 
Its importance lies in the situation where an unwanted signal appears 
commonly  on  both  diff-amp  inputs.  Common-mode  rejection  means  that  this 
unwanted  signal  will  not  appear  on  the  outputs  and  distort  the  desired  signal. 


background image

 

Common-mode  signals  (noise)  generally  are  the  result  of  the  pick-up  of 
radiated energy on the input lines from adjacent lines, the 60 Hz power line, or 
other sources. 

4-Common-Mode Rejection Ratio 
Desired signals appear on only one input or with opposite polarities on both 
input lines. These desired signals are amplified and appear on the outputs as 
previously discussed. Unwanted signals (noise) appearing with the same 
polarity on both input lines are essentially cancelled by the diff-amp and do not 
appear on the outputs. The measure of an amplifier’s ability to reject common-
mode signals is a parameter called the CMRR (commonmode rejection ratio). 
 
Ideally, a diff-amp provides a very high gain for desired signals (single-ended 
or differential) 
and zero gain for common-mode signals. Practical diff-amps, however, do 
exhibit a very small common-mode gain (usually much less than 1), while 
providing a high differential voltage gain (usually several thousand). The 
higher the differential gain with respect to the common-mode gain, the better 
the performance of the diff-amp in terms of rejection of common-mode signals. 
This suggests that a good measure of the diff-amp’s performance in rejecting 
unwanted common-mode signals is the ratio of the differential voltage gain 
Av(d ) to the common-mode gain, Acm. This ratio is the common-mode 
rejection ratio, CMRR. 
 
 
 

 

The higher the CMRR, the better. A very high value of CMRR means that the 
differential 
gain Av(d) is high and the common-mode gain Acm is low. The CMRR is often 
expressed in decibels (dB) as 
 
 

 

 

 


background image

 

Example : A certain diff-amp has a differential voltage gain of  Av() = 

2000 and a common-mode gain of Acm =0.2. Determine the CMRR and 
express it in decibels. 

Solution  

Therefore,  

        

       

   

   

    

   

        

CMRR = 20 log (10,000) = 80 dB 

 

Comment 

A  CMRR  of  10,000  means  that  the  desired  input  signal  (differential)  is 
amplified  10,000  times  more  than  the  unwanted  noise  (common-mode).  For 
example,  if  the  amplitudes  of  the  differential  input  signal  and  the  common-
mode noise are equal, the desired signal will appear on the output 10,000 times 
greater  in  amplitude  than  the  noise.  Thus,  the  noise  or  interference  has  been 
essentially eliminated. 
 

Differential amplifier  DC analysis 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

 


background image

 


background image

11 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Bilal AL Qazzaz
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 220 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل