模电实验2(差动放大器设计)

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实验二实验目的

差动放大电路设计实验原理 设计举例 实验内容与要求

主要性能及其测试方法 电路安装与调试

实验研究与思考题电子基础教学实验中心 1

一、实验目的1.掌握差动放大器的主要特性及其测 试方法；

2.学习带恒流源式差动放大器的设计方 法和调试方法 ；电子基础教学实验中心 2

二、实验原理1.直流放大电路的特点 2.差动式直流放大电路 3.输入输出信号的连接方式

4.静态工作点的计算电子基础教学实验中心 3

+V CCRbI

R C1

R C2

+V2 V1 Re2 V0

R b1

+Vi

-

-

1、直流放大电路的特点

图2.1

在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进 行放大，此时就不能用阻容耦合放大电路了。为此， 若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。图2.1所示 的电路就是一种简单的直流放大电路。电子基础教学实验中心 4

由于该电路级间是直接耦合，不采用隔直元件

(如电容或变压器),便带来了新的问题。首先，由于电路的各级直流工作点不是互相独立的，便产 生级间电平如何配置才能保证有合适的工作点和足 够的动态范围的问题。其次是当直流放大电路输入 端不加信号时，由于温度、电源电压的变化或其他

干扰而引起的各级工作点电位的缓慢变化，都会经过各级放大使末级输出电压偏离零值而上下摆动， 这种现象称为零点漂移。电子基础教学实验中心 5

+Vcc Rb1 Rs Vi1 R Vid Vi2 R Rc T1 R b2 Rs

RL RW T2

Rc

Re1 Re2 RE -VEE

2.差动式直流放大电路

图2.2

典型差动式直流放大电路如图2.2所示。它是一种特殊 的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对 称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。电子基础教学实验中心 6

3.带恒流源的差动放大器+ VCC

为了改善差动式直流放大 电路的零点漂移，利用了负 反馈能稳定工作点的原理， 在两管公共发射极回路接入 了稳流电阻RE和负电源VEE, RE愈大，稳定性愈好。但由 于负电源不可能用得很低， 因而限制了RE阻值的增大。 为了解决这一矛盾，实际应 用中常用晶体管恒流源来代 替RE,形成了具有恒流源的 差动放大器，电路如图2.3具 有恒流源的差动放大器，应 用十分广泛。

R C1 A′1

IC1 V C1

C+ 3

RL V od-

D

I C2 V C2

R C2 R b2

A

R b1 T1

4

T2

R1

RP I0 IR T3 T4 R e4 R

V id R2- VEE

Re3

B

B′

2

图2.3

e2

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当某些环境因素或干扰 存在时，会引起电路参数 变化。例如当温度升高时， 三极管VBE会下降，β会增 加，使两管的集电极电流 增加了△ICQ1= △ ICQ2 = △ICQ,使两管集电极对地 电位也产生了一个增量 △VCQ1和△VCQ2,且数值 相等。此时输出电压的

变 化量：△ V0=△VCQ1 - △VCQ2=0

图2.3

I 0 U RE 3 /R E 3 (U R4 0.7)/R E 3 U R4 VEE R 4 /(R 3 R 4 )8

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三、主要性能及其测试方法

1. 传输特性2.差模特性 3. 共模特性

电子基础教学实验中心

I C (mA)

1. 传输特性

I C2

IO

I C1

IO Q 传输特性是指差动放大器在 2 差模信号输入时，输出电流 -150 Vid (mV) -100 -50 0 50 100 150 IC随输入电压的变化规律， 图2.4 传输特性曲线如图2.4所示。 由传输特性可以看出： 传输特性直观地反映了差分放大器的电 路对称性及工作状态，可用来设置差动放大 器的静态工作点及调整与观测电路的对称性。电子基础教学实验中心 10

2.差模特性差模电压增益AVd的测量方法是：输入 差模信号为Vid,设差分放大器为单端输入— 双端输出接法。用双踪示波器分别观测VCl及 VC2,它们应是一对大小相等、极性相反的不 失真正弦波。用晶体毫伏表或示波器分别测 量VC1、VC2的值，则差模电压增益为：

Avd电子基础教学实验中心

VC1 VC 2 Vid

(2.4)

如果是单端输出，则

Avd

VC1 VC 2 Vid Vid

(2.5)

如果VC1与VC2不相等，说明放大器的参数不完全对称。 若VC1与VC2相差较大，应重新调整静态工作点，使电路性 能尽可能对称。 差模输入电阻Rid与差模输出电阻Rod的测量方法与基 本设计实验一的单管放大器输入电阻Rid及输出电阻Rod的 测量方法相同。

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3. 共模特性当差分放大器的两个输入端输入一对共模信号(大小相等、 极性相同的一对信号，如漂移电压、电源波动产生的干扰等) △Vic时，则： (1)双端输出时，由于同时从两管的集电极输出，如果 电路完全对称，则输出电压上△VC1≈ △ VC2,共模电 压增益为

Voc VC1 VC 2 Avc 0 (2.6) Vid Vic

如果恒流源电流恒定不变，则△VC1=△VC2≈0,则 AVc≈0。说明差分放大器双端输出时，对零点漂移等 共模干扰信号有很强的抑制能力。

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常用共模抑制比KCMR来表征差分放大器对共模 信号的抑制能力，即Avd Avc

或者

K CMR

(2.11)

K CMR

Avd 201g dB Avc

(2.12)

KCMR愈大，说明差分放大器对共模信号的抑制 力愈强，放大器的性能愈好。

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共模抑制比KCMR的测量方法如下：当差模电压增 益AVd的测量完成后，将放大器的①端与②端相连接， 输入Vic=500mV,fi=l000Hz的共模信号。如果电路 的对称性很好，恒流源恒定不变，则VC1与VC2的值近 似为零，示波器观测VCl与VC2的波形近似于一条水平 直线。共模放大倍数AVC≈0,则共模抑制比KCMR为：

K CMR

如果电路的对称性不

好，或恒流源不恒定，则VC1、 VC2为—对大小相等极性相反的正弦波，用交流毫伏表 测量VC1、VC2,则共模电压增益为(单端输入时)A电子基础教学实验中心

Avd Avc

' vc

VC1 VC 2 VC1 ' 或Avc Vid Vid15

四、电路安装与调试1.根据自己的设计参数，参照图2.2或2.3认真组装电路，并仔细检查电路 .

2.静态工作点的调试输入端①接地，用万用表测量集电极对地的电压

VC1、VC2。若VC1≠VC2,证明电路不对称，应调整RP1,测得③、④间电压为零，使得VC1=VC2,这一过程称之 为调零。测量电阻RC1两端的电压，并改变RE3或R3、

R4的比值使I0= 设计值(如1mA) 。电子基础教学实验中心 16

五、实验内容与要求1.基本要求 按左图设计一个单端输 入一双端输出差动式直流放 大电路，要求Avd>20, KCMR>40dB。电源电压为 ±12V,测试输入信号频率 为lkHz,幅值为20mV的交 流信号，负载电阻 RL=20kΩ。 连接电路测量并调整静 态工作点，测量AVc、AVd、 Rid 、KCMR等指标并与设计 指标进行对比。电子基础教学实验中心 17

2.扩展要求 按左图设计一个带有恒流源 的单端输入一单端输出的差动放 大器。已知电源电压为±12V, 辐入信号是频率为lkHz,幅值 为20mV的交流信号，负载电阻 RL=20kΩ。 要求: Rid>10kΩ,AVd>15, KCMR>50dB。 连接电路测量并调整静态工 作点、AVc、AVd、Rid 、 KCMR等指标并与设计指标进 行对比。电子基础教学实验中心 18

六、实验研究和思考题

1.差动放大器中两管及元件对称对 电路性能有何影响？ 2.为什么电路在工作前需进行零点 调整？ 3.可否用交流毫伏表跨接在输出端 ③与④之间(双端输出时)测差动 放大器的输出电压 V0d?为什么？电子基础教学实验中心 19

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