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1、实验三 差分放大电路的研究,一、实验目的二、预习要求三、基本原理四、实验内容五、实验设备与器材六、实验报告要求七、思考题,一 实验目的,加深对差分放大器性能和特点的理解。掌握差分放大电路差模增益Aud,共模增益Auc及其模抑制比KCMR的测试方法。了解恒流源在差分电路中所起的作用。,二 预习要求,复习差分电路的特点及工作原理,掌握差分放大器双端输入、双端输出时差模增益及共模抑制比的计算方法。估算实验电路的静态工作点和双端输出的差模增益、共模增益及。了解实验内容及测量方法,写出预习报告。用实验验证差分电路的工作原理。,三 基本原理,差分放大器是一种特殊的直接耦合放大电路,它由两个电路参数完全一致
2、的单管放大电路组成,典型的电路如图所示。图中电路两边完全对称,即两管型号相同、特性相同,各自对应的电阻相等。Re为公用的发射极电阻,Re越大,稳定性越好。理想差分只放大差模信号,不放大共模信号。,从静态角度来看,当输入压时Ui1=Ui2=0,由于电路对称,因此两管的电流及电压相等,即 IB1=IB2,IC1=IC2,IE1=IE2,UC1=UC2 负载电阻RL中没有电流流过而流过Re中的电流为两管电流之和。,从动态角度来看,在典型放大电路图中,当Q1和Q2的基极分别接入幅度相等而极性相反的信号Ui1=-Ui2时,这种输入方式称为“差模输人”。差模信号的作用使两个放大管发射电流大小相等、方向相反
3、,这两个电流同时流过Re,结果互相抵消即Re中没有差模电流流过。对于理想差分放大电路,双端输入、双端输出的电压放大倍数Ad=UO/Ui,与单管放大电路的电压放大倍数相同;而单端输出时,差模电压放大倍数为双端输出时的一半。这里Au1=-RC/(R1+rbe)。,典型放大电路的研究,在典型放大电路图中,当Q1和Q2的基极分别接入幅度相等、极性相同Ui1=Ui2 的输入信号时这种输入方式称为“共模输入”。在理想情况下,由于共模信号的作用使和将有同样的变化,即双端输出 时UO=UC1-UC2=0,故有AC=UO/Ui。单端输出时当1时,AC-RC/2Re。,晶体管放大器因温度、电源电压等因素引起的零点
4、漂移及诸如市电干扰等都属于共模信号。对共模信号的抑制是差分放大器的一个重要特征。为了表征差分放大器对共模信号的抑制能力,需要引入共模抑制比KCMR,其定义为放大器的差模电压放大倍数Ad与共模电压放大倍数AC之比的绝对值,即,KCMR越大,表示电路对称性越好。理想的差分放大器双端输入、双端输出时KCMR=。在实际电路中,由于电路参数不可能完全对称,共模抑制比KCMR不可能无穷大,因此,为了提高共模抑制比,可采取使用恒流源或多级共模负反馈等措施。,在典型差分放大电路中,从反馈的角度来看,对共模信号起负反馈作用,Re越大,负反馈越深,工作电流越稳定,共模抑制比越大。但又由于负电源电压(-Ee)不能太
5、大,这就限制了阻值Re的增大。为了解决这一矛盾,Re常用晶体管恒流源来代替。它是利用晶体管输出特性,当UCE达到某一电压值(12V)以后,特性曲线几乎是平坦的,即当UCE变化时,IC基本不变,具有恒流源特性。也就是说,晶体管动态工作时输出电阻非常大(rce在几百千欧以上)从而保证有比较大的KCMR。,静态时,由于UCE不大,负电源电压不必很大。图上所示即为具有恒流源的差分放大电路。这个电路与集成运算放大器中的实际电路基本相符。,在做增益测试实验时,应注意有双端输入、双端输出,双端输入、单端输出,单端输入、双端输出,单端输入、单端输出四种方式。凡双端输出,差模电压放大倍数与单端放大倍数相等;而单
6、端输出时,差模电压放大倍数为双端输出时的一半。,毫伏表的低端是接机壳的,在测双端输出电压U0时,只能分别对地测出Uo1和Uo2。对差模有Uo=|Uo1|+|Uo2|,而对共模为Uo=|Uo1-|Uo2|,测试中必须注意。,差分放大器实验电路,四 实验内容,1.静态工作点的调整与测量(1)在实验箱上按差分放大实验电路接好电路。(2)先将T3集电极与T1,T2发射极断开,直接接+12V电源。调节RW2使恒流源电流为2mA。(3)按实验电路图 将开关S拨到左边,并将T1、T2基极U-和U+端接公共地端。(4)调零:调节RW1,使UC1=UC2,即UC=0。(5)测量各晶体管的静态工作点,将结果填入下
7、表中。如工作状态不正常,可重新调节恒流源电流。,差分电路静态工作点测量数表,2测量共模抑制比(1)测量差模电压放大倍数KCMR 下图是差模信号输入原理图。在输入端加入频率为lkHz、电压有效值为40mV的正弦信号电压,分别测出单端输出差模电压,计算双端输出时差模电压的放大倍数Ad,将有关数据填入共模抑制比测量数据表中。,差模信号输入原理图,共模抑制比测量数据表,(2)测量共模电压放大倍数 按共模信号输入原理图输入共模信号(正弦信号电压有效值为20mV,f=100Hz),分别测出单端输出共模电压,计算双端输出时共模电压放大倍数AC,将有关数据填入共模抑制比测试表中(3)由以上测量和计算结果,再计算共模抑制比KCMR。,共模信号输入原理图,五 实验设备与器材,1双踪示波器(YB4320A)1台 2低频信号发生器(DFl641D)1台 3低频毫伏表(YB2172)1台 4万用表(DT8400)1块 5模拟电路实验箱(DM992A)1个,六 实验报告要求,1列表整理实验数据,并将实测值与理论计算值相比较,分析误差产生的原因。2.根据实验结果计算。3.总结差分放大器的特点及其在运算放大器中所起的作用。,七 思考题,1差分放大器为何要“调零”电位器?通常采用哪几种方法“调零”?各有何特点?2单端输出对共模信号是否有抑制作用?,