差动放大器实验报告

差动放大电路的分析与综合（计算与设计）实验报告

1、实验时间

10月31日(周五)17:50-21:00

2、实验地点 实验楼902

3、实验目的

1. 熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 2. 加深对差动放大器性能及特点的理解 3. 学习差动放大电路静态工作点的测量 4. 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 5. 熟悉恒流源的恒流特性

6. 通过对典型差动放大器的分析，锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 7. 练习使用电路仿真软件，辅助分析设计实际应用电路 8. 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力

4、实验仪器

数字示波器、数字万用表、模拟实验板、三极管、电容电阻若干、连接线

5、电路原理

1. 基本差动放大器

图是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。

VCC VCC12V 12VRLR1R2 R1R25kΩ5kΩ5kΩ5kΩ5kΩ R4R3RLR4R35kΩ1kΩ1kΩ 3.2372N55512N55511kΩ1kΩ 2N55512N555120mVrms R5 1kHz 5kΩU30° U4 20mVrms DC 10MOhmR56.318DC 10MOhmVEE1kHz 5kΩ -12V0° VEE -12V

部分模拟图如下

+V-+V-z. .

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1.直流分析数据 分析内容 IBQ ICQ UCQ UCEQ 空载 4.010-3mA 1.13mA 6.4V 7.1V 双出 4.010-3mA 1.13mA 6.4V 7.1V 单出 4.010-3mA 1.13mA 3.2V 3.9V 2.直流分析仿真数据 分析内容 IBQ ICQ UCQ UCEQ 空载 8.910-3mA 1.12mA 6.4V 7.1V 双出 8.910-3mA 1.12mA 6.4V 7.1V 单出 9.010-3mA 1.10mA 3.2V 4.0V 3.交流分析数据 分析内容 Au Ri Ro KCMR 空载 -189 15k 10k  双出 -93.3 15k 10k  单出 -46.7 15k 5k 184.2 4.交流分析仿真数据 分析内容 Au Ri Ro KCMR 空载 -179.4 15k 10k  双出 -90.1 15k 10k  单出 -45.5 15k 5k 189.4 2.4.2. 具有平衡电位器的差动放大器

z. .

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图是差动放大器的结构。它由两个元件参数相近的基本共射放大电路组成。

VCC12VR15kΩR25kΩRL5kΩR3R41kΩ2N55511kΩ2N5551R6100ΩKey=A50%20mVrms 1kHz 0° R55kΩVEE-12V

1.直流分析数据

分析内容 空载 双出 单出 IBQ 4.010-3mA 4.010-3mA 4.010-3mA ICQ 1.13mA 1.13mA 1.13mA UCQ 6.4V 6.4V 3.2V UCEQ 7.1V 7.1V 3.9V 2.直流分析仿真数据 分析内容 空载 双出 单出 IBQ 8.810-3mA 8.810-3mA 9.810-3mA ICQ 1.12mA 1.12mA 1.11mA UCQ 6.4V 6.4V 3.2V UCEQ 7.1V 7.1V 4.0V 3.交流分析数据 分析内容 空载 双出 单出 Au -93 -46.5 -23.3 Ri Ro 10k 10k 5k KCMR 0 0 65.1 30.1 30.1 30.1 4.交流分析仿真数据 分析内容 空载 双出 单出 Au -89.4 -45.9 -21.8 Ri Ro 10k 10k 5k KCMR 0 0 67.4 30.1 30.1 30.1 2.4.3. 具有恒流源的差动放大器

z. .

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图2-3是差动放大器的结构。它由两个元件参数相近的基本共射放大电路组成。

VCC12VR15kΩR25kΩRL5kΩR3R41kΩ2N55511kΩ2N5551R6100ΩKey=A50%R85kΩ20mVrms 1kHz 0° 2N5551R75kΩR95kΩVEE -12V

1.直流分析数据

分析内容 空载 双出 单出 IBQ 4.010-3mA 4.010-3mA 4.010-3mA ICQ 1.1mA 1.1mA 1.1mA UCQ 6.5V 6.5V 3.3V UCEQ 7.2V 7.2V 4.0V

2.直流分析仿真数据 分析内容 空载 双出 单出 IBQ 6.210-3mA 6.210-3mA 6.410-3mA ICQ 0.76mA 0.76mA 0.75mA UCQ 8.2V 8.2V 4.1V UCEQ 8.9V 8.9V 4.8V 3.交流分析数据 分析内容 空载 双出 单出 Au 93 46.7 23.3 Ri Ro KCMR 0 0  30.1 30.1 30.1 10k 10k 5k 4.交流分析仿真数据 分析内容 空载 双出 单出 Au -89.4 -45.9 -21.8 Ri Ro 10k 10k 5k KCMR 0 0  30.1 30.1 30.1 z. .

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图3.1 差动放大器实验电路

当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。晶体管 T3 与电阻RE3共同组成镜象恒流源电路 , 为差动放大器提供恒定电流IE。用晶体管恒流源代替发射极电阻RE，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

1、差动电路的输入输出方式

根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式,即 :

(l) 双端输入 -双端输出，将差模信号加在Vs1 、Vs2两端 , 输出取自Vo1、Vo2两端。 (2) 双端输入 -单端输出，将差模信号加在Vs1 、Vs2两端 , 输出取自Vo1或Vo2到地。 (3) 单端输入一双端输出，将差模信号加在Vs1上,Vs2接地 ( 或Vs1接地而信号加在

Vs2 上 ), 输出取自Vo1、Vo2两端。

(4) 单端输入 -单端输出 将差模信号加在Vs1上,Vs2接地 ( 或Vs1接地而信号加在

Vs2 上 ), 输出取自Vo1或Vo2到地。

连接方式不同 , 电路的性能参数不同。差动放大器当输入差模信号时，差模电压放大倍数Ad的大小与输出方式有关，而与输入方式无关。

2、静态分析（工作点的估算）

静态时差动放大器的输入端不加信号。 （A）典型电路

IEVEEVBERE （认为Vs1Vs20）

z. .

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IC1IC2(B)恒流源电路

1IE 2IC3IE3R2(VCCVEE)VBERR2 1RE31IC3 2IBQ ICQ UCQ UCEQ IC1IC1 典型电路 计算结果 UCC =12V UEE =-12V 恒流源偏置电路 3、动态分析（交流参数指标计算） (1) 差模电压放大倍数

当差动放大器的射极电阻RE足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad由输出端方式决定，而与输入方式无关。

双端输入一双端输出时: RE＝∞，RP在中心位置，差动放大器的差模电压增益为

AudVoRC 1ViRBrbe(1)RP2Ri2[RBrbe(1)RP] Ro2RC

双端输入-单端输出时，电压增益为

Aud1Vo11Aud Vi2Vo21Aud Vi2 Aud2Ri2[RBrbe(1)RP] RoRC

(2) 共模电压放大倍数

对于共模信号，设差动放大器的两个输入端同时加上大小相等 , 极性相同的两个信号

z. .

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即VicVi1Vi2

单端输出时，共模电压增益

Auc1Auc2Voc1RCRC

1Vic2RERBrbe(1)(RP2RE)21Ri2[RBrbe(1)(RP2RE]

2RoRC

共模电压增益Ac＜1,共模信号得到了抑制。

双端输出时，在电路完全对称的理想情况下，输出电压Voc1Voc2, 共模增益为

AucVoc0 Vic上式说明，双端输出时，差动电路对零点漂移，电源电压的波动等干扰信号有很强的抑制能力。实际上由于元件不可能完全对称，因此Ac也不会绝对等于零。

(3) 共模抑制比CMRR

为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比 KCMR6、实验步骤

特别注意：搭建和调整电路过程中不能带电作业 1. 检查实验仪器设备

2. 检测元器件和导线，排除具有接触不良和断路的导线。 3. 检查实验电路图

4. 搭建实验电路直流通路，测量静态工作点并记录调试过程。 5. 搭建完整实验电路，接入信号源，测量交流参数。

6. 按照对放大器性能指标的要求对电路元器件作相应的调整

7、实验内容

根据差动放大器的工作原理，合理选择元器件，用NPN型三极管设计出以下几种指定的差动放大电路，以求满足相应的性能指标要求：

A. 具有发射极调零电阻的基本差动放大电路

 输入信号：正弦波交流信号，有效值： 100mV；频率：1kHz。

z. .

AudA 或 KCMR20LoguddB AucAuc . ..

     

供电电压：+12V，-12V 输出端带有10kΩ的负载

单端输出差模增益：不小于30 单端输出共模增益：不大于1/2 输入与输出反相

保证信号不失真放大。

实验结果

1.UCC =12V UEE =-12V RL =∞

z. .

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（双入双出）

2.UCC =12V UEE =-12V RL =5k

z. .

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（双入双出）

z. .

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（双入单出）

z. .

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（单入双出）

z. .

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（单入单出）

B. 发射极接有恒流源的差动放大电路

 输入信号：正弦波交流信号，有效值： 100mV；频率：1kHz。  供电电压：+12V，-12V  输出端带有10kΩ的负载

 单端输出差模增益：不小于30  单端输出共模增益：接近于零  输入与输出同相

 保证信号不失真放大。 实验结果

1.UCC =12V UEE =-12V RL =∞

z. .

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（双入双出）

z. .

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（双入单出）

z. .

. ..

（单入双出）

z. .

. ..

（单入单出）

2.UCC =12V UEE =-12V RL =5k

z. .

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（双入双出）

z. .

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（双入单出）

z. .

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（单入双出）

z. .

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（单入单出）

8、数据整理分析

在掌握理论知识的基础上，通过对实验数据的深入客观分析，有助于锻炼学生今后的实际工作能力。现阶段分析内容侧重于元器件参数对电路直流工作状态的影响；元器件参数对 交流参数的影响。只有掌握了元器件参数和电路参数之间的内在关系，才能搭建出性能指标优良的实用电路。

9、实验总结

（1）设计中遇到的问题及解决过程；

由于输入电路（RB）的配置原因，导致双入时不能产生完全的对称，故测得的单出数据完全不是双出的1/2左右。 解决办法：采用单端输入

（2）调试中遇到的问题及解决过程； 电路接触不良

解决办法：排查接线并更换连接方式

（3）根据设计技术指标及实验记录总结实验体会。

实验时要善于思考，遇到问题要耐心，逐步排查原因的所在。

z. .