實驗三差分放大電路研究講義

1、實驗三差分放大電路研究講義加深對差分放大器性能和特點的理解。掌握差分放大電路差模增益Aud，共模增益Auc及其模抑制比KCMR的測試方法。了解恒流源在差分電路中所起的作用。復習差分電路的特點及工作原理，掌握差分放大器雙端輸入、雙端輸出時差模增益及共模抑制比的計算方法。估算實驗電路的靜態(tài)工作點和雙端輸出的差模增益、共模增益及。了解實驗內(nèi)容及測量方法，寫出預習報告。用實驗驗證差分電路的工作原理。 差分放大器是一種特殊的直接耦合放大電路，它由兩個電路參數(shù)完全一致的單管放大電路組成，典型的電路如圖所示。圖中電路兩邊完全對稱，即兩管型號相同、特性相同，各自對應的電阻相等。Re為公用的發(fā)射極電阻,Re越大

2、，穩(wěn)定性越好。理想差分只放大差模信號，不放大共模信號。 從靜態(tài)角度來看，當輸入壓時Ui1=Ui2=0，由于電路對稱，因此兩管的電流及電壓相等,即 IB1=IB2,IC1=IC2,IE1=IE2,UC1=UC2 負載電阻RL中沒有電流流過而流過Re中的電流為兩管電流之和。 從動態(tài)角度來看，在典型放大電路圖中，當Q1和Q2的基極分別接入幅度相等而極性相反的信號Ui1=-Ui2時，這種輸入方式稱為“差模輸人”。差模信號的作用使兩個放大管發(fā)射電流大小相等、方向相反，這兩個電流同時流過Re，結果互相抵消即Re中沒有差模電流流過。對于理想差分放大電路，雙端輸入、雙端輸出的電壓放大倍數(shù)Ad=UO/Ui，與單

3、管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同；而單端輸出時，差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出時的一半。這里Au1=-RC/(R1+rbe)。 典型放大電路的研究典型放大電路的研究 在典型放大電路圖中，當Q1和Q2的基極分別接入幅度相等、極性相同Ui 1=Ui 2 的輸入信號時這種輸入方式稱為“共模輸入”。在理想情況下，由于共模信號的作用使和將有同樣的變化，即雙端輸出 時UO=UC1-UC2=0，故有AC=UO/Ui。單端輸出時當1時，AC-RC/2Re。 晶體管放大器因溫度、電源電壓等因素引起的零點漂移及諸如市電干擾等都屬于共模信號。對共模信號的抑制是差分放大器的一個重要特征。為了表征差分放大器對共模信號的抑制能力

4、，需要引入共模抑制比KCMR，其定義為放大器的差模電壓放大倍數(shù)Ad與共模電壓放大倍數(shù)AC之比的絕對值，即 CdCMRAAK KCMR越大，表示電路對稱性越好。理想的差分放大器雙端輸入、雙端輸出時KCMR=。在實際電路中，由于電路參數(shù)不可能完全對稱，共模抑制比KCMR不可能無窮大，因此，為了提高共模抑制比，可采取使用恒流源或多級共模負反饋等措施。 在典型差分放大電路中，從反饋的角度來看， 對共模信號起負反饋作用，Re越大，負反饋越深，工作電流越穩(wěn)定，共模抑制比越大。但又由于負電源電壓(-Ee)不能太大，這就限制了阻值Re的增大。為了解決這一矛盾,Re常用晶體管恒流源來代替。它是利用晶體管輸出特性

5、，當UCE達到某一電壓值(12V)以后，特性曲線幾乎是平坦的，即當UCE變化時,IC基本不變，具有恒流源特性。也就是說，晶體管動態(tài)工作時輸出電阻非常大(rce在幾百千歐以上)從而保證有比較大的KCMR。 靜態(tài)時，由于UCE不大，負電源電壓不必很大。圖上所示即為具有恒流源的差分放大電路。這個電路與集成運算放大器中的實際電路基本相符。 在做增益測試實驗時，應注意有雙端輸入、雙端輸出，雙端輸入、單端輸出，單端輸入、雙端輸出，單端輸入、單端輸出四種方式。凡雙端輸出，差模電壓放大倍數(shù)與單端放大倍數(shù)相等；而單端輸出時，差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出時的一半。 毫伏表的低端是接機殼的，在測雙端輸出電壓U0時，只

6、能分別對地測出Uo1和Uo2。對差模有Uo=|Uo1|+|Uo2|，而對共模為Uo=|Uo1-|Uo2| ，測試中必須注意。 差分放大器實驗電路1234ABCDEF4321FEDCBAScaleSheetSizeFCSM No.DWG No.Rev0 of 0BT1T2T3Rw11KRw2100KR1510R33KR43KR55.1KR720KR62KR2510SR810K+12-12U-U+Uo1.靜態(tài)工作點的調整與測量（1）在實驗箱上按差分放大實驗電路接好電路。（2）先將T3集電極與T1,T2發(fā)射極斷開，直接接+12V電源。調節(jié)RW2使恒流源電流為2mA。 （3）按實驗電路圖 將開關S撥到

7、左邊，并將T1、T2基極U-和U+端接公共地端。（4）調零：調節(jié)RW1，使UC1=UC2，即UC=0。（5）測量各晶體管的靜態(tài)工作點，將結果填入下表中。如工作狀態(tài)不正常，可重新調節(jié)恒流源電流。 差分電路靜態(tài)工作點測量數(shù)表IOIRIC1IC2UB1UB2UC1UC2UC32測量共模抑制比(1)測量差模電壓放大倍數(shù)KCMR 下圖是差模信號輸入原理圖。在輸入端加入頻率為lkHz、電壓有效值為40mV的正弦信號電壓，分別測出單端輸出差模電壓，計算雙端輸出時差模電壓的放大倍數(shù)Ad，將有關數(shù)據(jù)填入共模抑制比測量數(shù)據(jù)表中。 差模信號輸入原理圖123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:25-Oct-2007Sheet of File:D:安裝軟件PROTELEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:T11k1k510510510GNDT2-EeUiUo(-Ui)UiU01U02U0A=U0/UiKCMR差模輸入共模輸入(2)測量共模電壓放大倍數(shù) 按共模信號輸入原理圖輸入共模信號(正弦信號電壓有效值為20mV，f=100Hz)，分別測出單端輸出共模電壓，計算雙端輸出時共模電壓放大倍數(shù)AC，將有關數(shù)據(jù)填入共模抑制比