模电实验1.docx

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模电实验1

模拟电子技术实验

第三次实验

差分式放大电路

实验报告

2016.10.30

一、实验目的

1、加深对差分式放大电路性能及特点的理解

2、学习差分式放大电路主要性能指标的测试方法

二、实验原理

上图是差分式放大电路的基本结构。

它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。

当开关K拨向左边时，构成典型的差分式放大电路。

调零电位器RP用来调节T1、T2管的静态工作点，使得输入信号Vi=0时，双端输出电压Vo=0。

RE为两管共用的发射极电阻，差模信号作用时，两边电路通到RE的电流是等大反向的，所以相互抵消。

因此，它对差模信号无负反馈作用，不影响差模电压增益，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零点漂移，达到稳定工作点的效果。

当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差分式放大电路。

它用晶体管恒流源代替发射极电阻RE，可以进一步提高差分式放大电路抑制共模信号的能力。

三、实验设备与器件

1、±12V直流电源

2、函数信号发生器

3、双踪示波器

4、交流毫伏表

5、万用电表

6、实验用电路板

四、实验内容与数据

1、典型差分式放大电路性能测试

开关K拨向左边构成典型差分式放大电路

（1）测量静态工作点

1调节放大电路零点

信号源不接入电路。

将放大电路输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用万用电表测量输出电压Vo，调节调零电位器RP，使Vo=0。

2测量静态工作点

调好零点后，用万用电表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端电压VRE，计入表格。

数据如下：

测量值

VC1（V）

VB1（mV）

VE1（V）

VC2（V）

VB2（mV）

VE2（V）

VRE（V）

6.102

-28.955

-0.631

6.117

-34.941

-0.634

10.62

计算值

IC（mA）

IB（μA）

VRE（V）

0.565

5.65

7.05

（2）测量差模电压增益

断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大电路输入A端，地端接放大电路输入B端构成差模输入方式，调节输入信号为频率f=1KHz的正弦信号，并使输出旋钮旋至零，用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）。

接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压Vi（100mV），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测Vi，Vc1，Vc2，记入表中，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及VRE随Vi改变而变化的情况。

（3）测量共模电压增益

将差分放大电路A、B端短接，信号源接在A端与地之间（A、B端输入共模信号），构成共模输入方式。

调节输入信号f=1KHz，Vi=1V，在输出电压无失真的情况下，测量Vc1，Vc2之值并记入表中，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及VRE随Vi改变而变化的情况。

2、具有恒流源的差分式放大电路性能测试

将电路中开关K拨向右边，构成具有恒流源的差分式放大电路。

重复内容1-

（2）、1-（3）的要求，将结果记入表格。

数据：

（1）

典型差分式放大电路

具有恒流源差分式放大电路

差模输入

共模输入

差模输入

共模输入

Vi

100mV

1V

100mV

1V

VC1（V）

1.579

0.48

1.615

16.183mV

VC2（V）

1.533

0.489

1.615

13.809mV

Ad1=Vc1/Vi

15.79

16.15

Ad=Vo/Vi

31.12

32.3

Ac1=Vc1/Vi

0.48

0.016

Ac=Vo/Vi

0.009

0.00237

KCMR=|Ad1/Ac1|

32.896

1009.375

（2）vi,vc1,vc2之间的相位关系：

①典型差分式放大电路差模信号

Vi与Vc1

Vi与Vc2

Vc1与Vc2

可以看出，典型差分式放大电路在差模信号下，Vi与Vc1反相，Vi与Vc2同相，Vc1与Vc2反相。

②典型差分式放大电路共模信号

Vi与Vc1

Vi与Vc2

Vc1与Vc2

可以看出，典型差分式放大电路在共模信号下，Vi与Vc1反相，Vi与Vc2反相，Vc1与Vc2同相。

③具有恒流源差分式放大电路差模信号

Vi与Vc1

Vi与Vc2

Vc1与Vc2

可以看到，具有恒流源差分式放大电路在差模信号下，Vi与Vc1反相，Vi与Vc2同相，Vc1与Vc2反相，相位关系与典型差分式放大电路相同。

④恒流源差分式放大电路共模信号

Vi与Vc1

Vi与Vc2

Vc1与Vc2

可以看到，具有恒流源差分式放大电路在共模信号下，Vi与Vc1、Vc2都不是完全的反相或同相关系，而是各有90度左右的相位差且相位差方向相反。

对应地，Vc1与Vc2呈现反相关系。

这与预期的共模信号下同相关系不同。

咨询身边的一些同学后发现大家做出来的结果差不多都和该情况类似，所以出现该现象并不是巧合。

但我在查阅书籍和网络资料后没有找到什么有价值的解释。

计划在下一次实验课与老师探讨此问题。

（3）典型差分式放大电路下VRE随Vi改变而变化的情况

①差模信号

Vi（mV）

VRE（mV）

20

11.588

40

20.407

60

29.766

80

38.78

100

48.413

②共模信号

Vi（V）

VRE（V）

0.2

0.196

0.4

0.392

0.6

0.588

0.8

0.784

1

0.98

可以看出，输入差模信号时，RE上的电压很小，这是由于左右两条电路通到RE中的电流是反相的，相互抵消，所以RE中近似于电流为0，所占电压很小，对电路基本无负反馈作用。

输入共模信号时，RE的电压随Vi变化而有明显变化（VRE随Vi增大而增大），这体现了RE在共模输入电路中的负反馈作用，可以有效地抑制零点漂移，稳定静态工作点。

五、实验总结

1、整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因

（1）静态工作点

①静态工作点的理论计算：

由于VB1与VB2非常小，所以认为VB1=VB2=0

VE1=VE2=-0.7V

IE=（|VEE|-VBE）/RE=1.13mA

IC1=IC2=IE/2=0.565mA

IB=IC/β=5.65μA

Vc1=Vc2=VCC-ICRC=6.35V

VCE=VC-VE=7.05V

VRE=IERE=11.3V

②与实际值的比较：

实际测量值

理论计算值

VC1（V）

6.102

6.35

VC2（V）

6.117

6.35

VCE1（V）

6.733

7.05

VCE1（V）

6.751

7.05

VRE（V）

10.62

11.3

分析：

可以看到，VC的理论值比实际值大，误差约3.9%;VCE的理论值也比实际值大，误差约4.2%；VRE的理论值比实际值大，误差约6%。

发生该现象的可能原因：

a.仪器测量时的随机误差

b.由Vc1=Vc2=VCC-ICRC式知，Vc实际值比理论值小最有可能是因为实际的Ic比0.565mA要大。

由式IE=（|VEE|-VBE）/RE知使Ic较大的原因可能是实际的VBE比理论的0.7V要小，实际测量中VBE=0.6V证实了这一点。

同时，Ic偏大，VRE的实际值却偏小，可能是因为RE的实际值小于10kΩ。

c.Vc实际值比理论值小也可能是因为Rc的实际值大于10kΩ，同时造成Ic偏小。

另外，实际测量中，VC1与VC2也有微小的差别，大约为0.2%。

发生该现象的原因是两边电路参数不能保证完全相同，所以造成VC1与VC2有微小的差别。

（2）差模电压增益

1差模电压增益的理论计算

画出电路的交流等效通路，根据差模电压增益的公式可以计算：

Ad=

=-βRc/【RB+rbe+（1+β）RP/2】

其中rbe通过下式进行计算：

rbe≈rbb’+β*UT/ICQ

由于rbb’较小所以忽略,同时ICQ=0.565mA，UT=26mV，β取100

计算得到Ad=-50.89

2与实际值的比较

测量值

理论值

典型差分式放大电路

具恒流源差分式放大电路

差模电压增益

-31.12

-32.3

-50.89

分析：

可以看到，两种电路的差模电压增益的实际测量值相差不大，但比理论值明显偏小，误差达到36%。

造成误差的原因可能是：

a.晶体管的β实际值小于100

b.仪器测量时的随机误差

c.Rc的实际值比理论值偏小，或RB，rbe，RP的实际值比理论值偏大

（3）典型差分式放大电路单端输出时的CMRR实测值与理论值比较

1CMRR理论值计算

单端输出时，Ad1=

=Ad/2=-25.445

Ac1=Ac2=

=-βRc/【RB+rbe+（1+β）（RP/2+2RE）】≈

=-0.5

（β很大且RE远大于RP）

所以

KCMR=|

|=50.89

2与实测值比较

测量值

理论值

Ad1

-15.79

-25.445

Ac1

-0.48

-0.5

KCMR

32.896

50.89

分析：

可以看出，共模抑制比KCMR的测量值明显小于理论值（误差35%）。

其中，共模信号下Ac1的测量值与理论值相差不大（4%），共模抑制比理论值与实际值相差较大的现象主要由Ad1的偏差造成，其可能原因有：

a.晶体管的β实际值小于100

b.仪器测量时的随机误差

c.Rc的实际值比理论值偏小，或RB，rbe，RP的实际值比理论值偏大

（4）典型差分式放大电路单端输出时CMRR的实测值与具有恒流源差分式放大电路CMRR实测值比较

数据：

实测值

典型差分式放大电路

具恒流源差分式放大电路

KCMR

32.896

1009.375

分析：

可以看出，具恒流源差分式放大电路下的KCMR比典型差分式放大电路下的KCMR大很多。

这是因为电流源在电路中的等效电阻非常大，远大于RE的10kΩ。

这使得恒流源对共模信号的负反馈非常大，所以相应的后者的共模抑制比比前者大很多。

2、比较vi,vc1,vc2之间的相位关系

由前面的图像可以得出结论：

对于典型差分式放大电路和具恒流源差分式放大电路来说：

差模信号下，Vi与Vc1反相，Vi与Vc2同相，Vc1与Vc2反相

共模信号下，Vi与Vc1反相，Vi与Vc2反相，Vc1与Vc2同相

但具恒流源差分式放大电路在共模信号下呈现的是Vc1与Vc2反相，目前未能找到比较合理的解释。

3、根据实验结果，总结电阻RE和恒流源的作用

RE的作用：

R是T2管与T2管的共用发射极电阻，对差模信号并无负反馈作用，但对共模信号有负反馈作用，可以有效抑制共模信号，提高共模抑制比，稳定工作点。

恒流源的作用：

如果不使用恒流源，RE不能太大，否则最大不失真输出电压幅度将减小，因此限制了共模抑制能力。

恒流源作为负载时交流电阻很大，恒流源代替RE后，可以使差模电压增益由输出端决定，而与输入端无关。

从数据中可以看出，当使用恒流源时，抑制共模信号的能力大大提高。

六、预习要求

1、测量静态工作点时，放大电路输入端A、B与地应如何连接？

答：

A、B端都要与地短接

2、实验中怎么获得双端和单端输入差模信号？

怎么获得共模信号？

答：

双端差模信号：

函数信号发生器接在A端和B端，A、B端都不接地；

单端差模信号：

函数信号发生器接在A端和B端，B端接地；

共模信号：

将A、B端短接，信号源接在A端与地之间。

3、怎么进行静态调零点？

用什么仪表测Vo？

答：

信号源不接入电路。

将放大电路输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用万用电表测量输出电压Vo，调节调零电位器RP，使Vo=0。

用万用电表直流档测Vo

4、怎么用交流毫伏表测双端输出电压Vo？

答：

先将交流毫伏表连在C1端和地端，得到Vc1。

再将交流毫伏表连在C2端和地端，得到Vc2。

在差模信号输入时，Vo=|Vc1+Vc2|;在共模信号输入时，Vo=|Vc1-Vc2|