差动放大电路实验.docx
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差动放大电路实验
差动放大电路实验
差动放大电路实验报告
严宇杰141242069匡亚明学院
1.实验目的
（1）进一步熟悉差动放大器的工作原理；
（2）掌握测量差动放大器的方法。
2.实验仪器
双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。
3.预习内容
（1）差动放大器的工作原理性能。
（2）根据图3.1画出单端输入、双端输出的差动放大器电路图。
4.实验内容
实验电路如图3.1。
它是具有恒流源的差动放大电路。
在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。
差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。
若电路完全对称，对于差模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3
和Re3等效于短路，Q1,Q2的发射极等效于无负载，差模信号被放大。
对于共模信号，若Q1的集电极电流增加，则Q2的集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1、Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模信号被衰减。
从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。
调零电位器Rp用来调节T1,T2管的静态工作点，希望输入信号Vi=0时使双端输出电压Vo=0.
差动放大器常被用作前置放大器。
前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。
有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。
若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。
于是人们希望只放大差模信号，不放大共模信号的放大器，这就是差动放大器。
运算放大器的输入级大都为差动放大器，输入电阻都很大，例如LF353的输入电阻约为1012Ω量级，0P07的输入电阻约为107Ω量级。
本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于这一数值，这是很小的输入电阻。
其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不是完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。
若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。
由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510电阻后几乎不影响实验电炉接受来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。
输入端接510Ω电阻并不改变差动放大器的共模抑制比。
由此可见，在可以降低差动放大器输入电阻时，降低差动放大器输入电阻，可提高差动放大器的抗高内阻共模干扰的能力。
实验这弱的到教师的同意，可去掉实验电炉中的两个510欧电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。
（1）静态工作点的调整与测量
将两个输入端Vi1、Vi2接地，调整电位器Rp使VC1=VC2，测量并填写下表。
由于元件参数的离散，有的实验电路可能只能调到大致相等。
静态调整的越对称，该差动放大器的共模抑制比就越高。
测量中应注意两点，一是所有的电压值都是对“地”测量值。
二是应使测量的值有三位以上的有效数字。
静态工作点调整
对地电压
VB1
VB2
VB3
VC1
VC2
VC3
VE1
VE2
VE3
测量值（V）
0
0
-7.9012
6.4711
6.4501
-0.7817
-0.63985
-0.64013
-8.5650
由以上数据可得交流放大倍数
为：
（2）测量双端输入差模电压放大倍数
在实验箱上调整DC信号源，使得OUT1大约为0.1V，OUT2大约为-0.1V，然后分别接至Vi1、Vi2，再调整，使得OUT1为0.1V，OUT2为-0.1V，测量，计算并填写下表。
双端输入差模电压放大倍数
测量值（V）
计算值
VC1
VC2
VO
AD1
AD2
AD
3.1555
9.7610
-6.6055
-16.58
-16.55
-33.0
仿真测量值（V）
仿真计算值
2.304
10.367
-8.063
-20.84
-19.58
-40.31
这样做的原因是，实验电路的输入端对地有510欧的电阻，实验箱上的可变直流电压源是用1kΩ的可变电阻对5V、0.5V直流电压分压实现的，即直流电压信号源内阻于实验电路输入电阻大小可比。
直流电压信号源接负载使得电压将明显小于未接负载时的电压，所以必须将直流电压信号源于实验电炉连接后，再把输入电压调到所需要的电压值。
这里，双端输入差模电压单端输出的差模放大倍数应用下式计算：
差模放大倍数实验值与仿真值误差为：
差模放大倍数的理论值可由以下公式计算：
，
其中
（3）测量双端输入共模抑制比CMRR
将两个输入端接在一起，然后依次与OUT1、OUT2相连，记共模输入为ViC。
测量、计算并填写下表。
若电路完全对称，则VC1-VC2=Vo=0，实验电路一般并不完全对称，若测量值有四位有效数字，则Vo不应等于0.
这里双端输入共模电压单端输出的共模放大倍数应用下式计算：
建议CMRR用dB表示
测量双端输入共模抑制比CMRR
输入（V）
测量值（V）
计算值
VC1
VC2
VO
AC1
AC2
AC
CMRR
+0.1001
6.4743
6.4469
0.0247
0.032
-0.032
0.247
42.52
输入+0.1仿真
6.327
6.327
0
0.02
-0.02
0
无穷
-0.1003
6.4917
6.4328
0.0589
0.206
-0.383
0.589
34.96
输入—0.1仿真
6.329
6.329
0
0.04
-0.04
0
无穷
由于理想状态下
（正如仿真所得），所以共模放大倍数
理论值为0，因此共模抑制比CMRR理论值为无穷。
事实上，电路不可能完全对称，因此，共模输入时放大器的∆V不等于0，因而AC也不等0，只不过共模放大倍数很小而已。
共模输入时，两管电流同时增大或减小，Re3上的电压降也随之增大或减小，Re3起着负反馈作用。
由此可见，Re3对共模信号起抑制作用；Re3越大，抑制作用越强。
晶体管因温度、电源电压等变化所引起的工作点变化，在差动放大器中相当于共模信号，因此，差动放大器大大抑制了温度、电源电压等变化对工作点的影响。
（4）测量单端输入差模电压放大倍数
将Vi2接地，Vi1分别于OUT1、OUT2相连，然后再接入f=1KHz，有效值为50mV的正弦信号，测量计算并填写下表。
若输入正弦信号，在输出端VC1、VC2的相位相反，所以双端输出Vo的模是它们两个模的和，而不是差。
单端输入差模电压放大倍数
输入
测量值（V）
单端输入放大倍数AD
VC1
VC2
VO
直流+0.1V
4.8068
8.1128
-3.306
-33.06
直流-0.1V
8.1683
4.7584
3.4099
-34.10
正弦信号
0.768
0.774
1.542
30.84
仿真如下：
输入
测量值（V）
单端输入放大倍数AD
VC1
VC2
VO
直流+0.1V
4.225
8.434
-4.209
-42.09
直流-0.1V
8.436
4.224
4.212
-42.12
正弦信号
1.06
1.06
2.12
42.4
实验值与仿真值的误差为：
单端输入的差模放大倍数理论上应该与双端输入的相近，因此其理论值也是-105.4
5.思考题
（1）实验箱上的双端输入差动放大器的共模抑制比不算高，若要进一步提高共模抑制比，可采取哪些办法？
1）提高差动放大器的输入阻抗或提高闭环增益。
2）可以用一个晶体管恒流源取代Re3。
因为工作于线形放大区的晶体管的Ic基本上不随Vce变化（恒流特性），所以交流电阻=△Vce/△Ic很大，大大提高了共模抑制比。
（2）图3.1中的电阻Rb1、Rb2在电路中起到什么作用，若去除上述两个电阻，按实验（3）步骤和方法再测CMRR，两次测量的结果是否会有较大差别？
为什么？
在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于510Ω，这是很小的输入电阻。
其原因是，本实验电路用分列元件组成，电路中对称元件的数值并不完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。
若本实验电路在输入端不接510Ω电阻，其输入电阻将较大，而共模抑制比不够高，实验环境中存在的高内阻共模干扰将进入输入端，那么输出端的共模干扰将较大，以致使验证差动放大器特性的实验难以进行。
由于实验中所用信号源都为低输出电阻信号源，所以输入端接上510Ω电阻后几乎不影响实验电路接收来自信号源的信号，而高内阻共模干扰因实验电路输入电阻大大下降而基本上被拒之输入端外，从而使得输出端的共模干扰很小，实验得以顺利进行。
输入端接510Ω电阻并不该变差动放大器的共模抑制比。
去掉实验电路中的两个510Ω电阻，再做实验就会发现，实验电路输出端的共模干扰明显增加。
（3）归纳差动放大器的特点与性能，并于共射放大器比较。
电路对称抑制零点漂移；对差模信号有放大作用；对共模信号有抑制作用；输入阻抗较高；共模抑制比高；一般用来放大微小信号
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