模拟电子技术实验指导书 实验四差动放大电路 、实验目的 1熟悉差放电路的结构和性能特点 2掌握差动放大器的测试方法 二、原理说明 差动放大电路的主要特点 差动放大电路广泛地应用于模拟集成电路中,它具有很高的共模抑制比。诸如由电 源波动、温度变化等外界干扰都会引起工作点不稳定,它们都可以看做是一种共模信号 差动放大电路能抑制共模信号的放大,对上述变化有良好的适应性,使放大器有较高的 稳定度 图2-2-1为差动放大电路,它采用直接耦合形式,当电路①、②两点相连时是长尾 式差动放大电路;当电路①、③两点相连时是恒流源式差动放大电路。在长尾式差动放 大电路中抑制零漂的效果和R的数值有密切关系,因此RE也称为共模反馈电阻,RE愈 大,效果愈好。但R愈大,维持同样工作电流所需要的负电压V正也愈高。这在一般情 况下是不合适的,恒流源的引出解决了上述矛盾。在三极管的输出特性曲线上,有相当 段具有恒流源的性质,即当晶体管Uc变化时,lc电流不变。图2-2-1中Ⅴn管的电路为 产生恒流源的电路,用它来代替长尾Rε,从而更好地抑制共模性质的变化,提高了共 模抑制比 2差动放大电路的几种接法 差动放大电路的输入端,有单端和双端两种输入方式;其输出端,有单端和双端两 种输出方式。电路的放大倍数只与输出方式有关,而与输入方式无关。故实验内容中我 们不再做双端输入方式 (1)单端输入:信号电压u仅由Ⅴn管A端输入,而Vn管B端接“地”。 图1-4-1差动放大电路
模拟电子技术实验指导书 实验四 差动放大电路 一、实验目的 1.熟悉差放电路的结构和性能特点。 2.掌握差动放大器的测试方法。 二、原理说明 1.差动放大电路的主要特点 差动放大电路广泛地应用于模拟集成电路中，它具有很高的共模抑制比。诸如由电 源波动、温度变化等外界干扰都会引起工作点不稳定，它们都可以看做是一种共模信号。 差动放大电路能抑制共模信号的放大，对上述变化有良好的适应性，使放大器有较高的 稳定度。 图2-2-1为差动放大电路，它采用直接耦合形式，当电路①、②两点相连时是长尾 式差动放大电路；当电路①、③两点相连时是恒流源式差动放大电路。在长尾式差动放 大电路中抑制零漂的效果和RE的数值有密切关系，因此RE也称为共模反馈电阻，RE愈 大，效果愈好。但RE愈大，维持同样工作电流所需要的负电压VEE也愈高。这在一般情 况下是不合适的，恒流源的引出解决了上述矛盾。在三极管的输出特性曲线上，有相当 一段具有恒流源的性质，即当晶体管UCE变化时，IC电流不变。图2-2-1中VT3管的电路为 产生恒流源的电路，用它来代替长尾RE，从而更好地抑制共模性质的变化，提高了共 模抑制比。 2.差动放大电路的几种接法 差动放大电路的输入端，有单端和双端两种输入方式；其输出端，有单端和双端两 种输出方式。电路的放大倍数只与输出方式有关，而与输入方式无关。故实验内容中我 们不再做双端输入方式。 (1)单端输入：信号电压ui仅由VTl管A端输入，而VT2管B端接“地”。 图1-4-1 差动放大电路
(2)单端输出:Vn管单端输出(ua),取自Vr管的集电极对“地”电压,输入u与输 出信号u反相;Vn2管单端输出(u2),取自Vn管的集电极对“地”电压,输入u1与输出 信号ua2同相。单端输出的放大倍数是单管放大的一半。 (3)双端输出:为Ⅴn管与Ⅴn2管集电极之间的电压。但因晶体管毫伏表测量信号时, 它的黑夹子只能接“地”。所以测量时分别对“地”测出u和ua2,再进行计算(U=U-Ua 双端输出的放大倍数和单管放大相同 (4)共模输入:信号电压u可由A端输入,将Ⅴn管输入端A与Ⅴn管B端连接在一起 而原来Vn2管B端接“地”的线必须断开,否则会将信号源短路。A为共模放大倍数 当电路完全对称,则Ac=0,KcMR→∞,为理想情况。 共模抑制比: K CMRR 实验内容 1长尾式差动放大电路 按图1-4-1接线,将电路图中①、②两点相连 (1)静态测试 调零:当输入电压为零(把A、B两个输入端都接“地”,因为电路不会完全对称, 输出不一定为零,Rp为调零电位器,通过调节Rp改变两管的初始工作状态,用万用表 测差放电路双端输出,使双端输出为零,即Uco=Ucz(Uco、UcQ分别为Ⅴn和Ⅴr管集 电极对“地”电压)。 按表1-4-1测量并记录Ⅴn和Ⅴn管的静态工作点并根据实测数据算出管子的β值 表1-4-1长尾式差放电路静态数据 ao()(v)(v)ko(μAo(mA)计算)L(mA) T (2)动态测试 输入频率为IkHz交流信号u,用示波器始终观察输入、输出信号,记录输入与输出 信号之间的相位关系 按表1-4-2分别测量差模动态数据,计算差模放大倍数。将双端输出u。的波形绘于 图1-4-2(a)中。 当差模输入信号过大时(u=0.5V),会出现什么情况?用示波器观察u与u波形,并将 波形图画在图1-4-3中
(2)单端输出：VTl管单端输出(uol)，取自VT1管的集电极对“地”电压，输入ui与输 出信号uol反相；VT2管单端输出(uo2)，取自VT2管的集电极对“地”电压，输入ui与输出 信号uo2同相。单端输出的放大倍数是单管放大的一半。 (3)双端输出：为VTl管与VT2管集电极之间的电压。但因晶体管毫伏表测量信号时， 它的黑夹子只能接“地”。所以测量时分别对“地”测出uol和uo2，再进行计算(Uo=Uol-Uo2)。 双端输出的放大倍数和单管放大相同。 (4)共模输入：信号电压ui可由A端输入，将VTl管输入端A与VT2管B端连接在一起。 而原来VT2管B端接“地”的线必须断开，否则会将信号源短路。Ac为共模放大倍数， 当电路完全对称，则Ac=0，KCMRR→∞，为理想情况。 共模抑制比： 三、实验内容 1.长尾式差动放大电路 按图1-4-1接线，将电路图中①、②两点相连。 (1)静态测试 调零：当输入电压为零(把A、B两个输入端都接“地”，因为电路不会完全对称， 输出不一定为零，RPl为调零电位器，通过调节RP1改变两管的初始工作状态，用万用表 测差放电路双端输出，使双端输出为零，即UCQ1=UCQ2(UCQ1、UCQ2分别为VTl和VT2管集 电极对“地”电压)。 按表1-4-1测量并记录VTl和VT2管的静态工作点并根据实测数据算出管子的β值。 表 1-4-1 长尾式差放电路静态数据 UBQ（V）UEQ（V）UCQ（V）IBQ（μA）ICQ（mA） β(计算) IE(mA) 理论 50 实 VTl 测 VT2 (2)动态测试 输入频率为1kHz交流信号ui，用示波器始终观察输入、输出信号，记录输入与输出 信号之间的相位关系。 按表1-4-2分别测量差模动态数据，计算差模放大倍数。将双端输出u。的波形绘于 图1-4-2(a)中。 当差模输入信号过大时(ui=0.5V)，会出现什么情况?用示波器观察ui与uo波形，并将 波形图画在图1-4-3中。 c d CMRR A A K
模拟电子技术实验指导书 表1-4-2长尾式差放差模动态数 数 计算Ad A=u,/u, 单端输出 端输入 100mV 双端输出 理论AA= 按表1-4-3分别测量共模动态数据计算共模放大倍数及共摸抑制比。画双端输出u 的波形于图1-4-2(b)中。 表1-4-3长尾式差放共模动态数 项 KomER 目 计算A4 共单端输出 模 输 入「双端输出 a)差模输入 (b)共模输入时 图1-4-2画长尾式差放双端输出波形图 图1-4-3当差模输入信号过大时,画波形图 2恒流源式差动放大电路 按图1-4-1接线,将原来①、②间的连线断开,使①与③相连
模拟电子技术实验指导书 表 1-4-2 长尾式差放差模动态数据 ui uol uo2 计算Ad Ad1 uo1 ui 单端输出 d o i A u u 2 2 理论 Ad 2 单 端 输 入 双端输出 100mV 实际 Ad (uo1 uo2 )/ ui 按表1-4-3分别测量共模动态数据计算共模放大倍数及共摸抑制比。画双端输出uo 的波形于图1-4-2(b)中。 表 1-4-3 长尾式差放共模动态数据 ui uol uo2 计算Ad KCMRR Ac1 单端输出 Ac2 共 模 输 入 双端输出 0.5V Ac (a)差模输入时 (b)共模输入时 图1-4-2 画长尾式差放双端输出波形图 图1-4-3 当差模输入信号过大时，画波形图 2.恒流源式差动放大电路 按图1-4-1接线，将原来①、②间的连线断开，使①与③相连。 参 项 数 目 参 项 数 目 uo(V) o o t(ms) t(ms) uo(V) uo ui (mV (V) o o t(ms) t(ms)
(1)静态测试 关闭信号源,拆下信号线。当输入电压为零时(把A、B两端接“地”)仅调节RP2电 位器,使l电流保持和原来长尾电路一样大小,则静态参数应与表1-4-1一致,不必再 测 (2)动态测试 按表1-4-4分别测量差模动态数据,并计算差模放大倍数。 按表1-4-5分别测量共模动态数据,并计算共模放大倍数及共摸抑制比。 注:测试方法可参照长尾电路。仅观察波形,不必画图。 表1-4-4恒流源式差放差模动态数据 数 计算A 单端单端输出 100mV 双端输出 表1-4-5恒流源式差放共模动态数据 项 计算A K 共模单端输出 0.5V 输入 双端输出 四、预习要求 (1)阅读本实验内容。 (2)理论计算静态参数:设Rp1的滑动端在中点,管子放大倍数B=50,UB=0.7V,当 输入端A、B均接地,将计算出的静态参数填入表1-4-1中 (3)理论计算长尾式差动放大电路在单端输入,双端输出时电压放大倍数As,并将 数值填入表1-4-2中(计算时因Rp1值较大,故不可忽略Rr值) 五、实验总结报告分析提示 (1)通过实验总结比较两种差放电路的主要特点 (2)实测数据与理论估算值比较,并进行误差分析 六、思考题 (1)当用示波器同时观察的两个波形互为反相时,如何在标注数值上反映出它们之 间的相位关系? (2)放大电路当输入信号过大时,会出现什么情况?
(1)静态测试 关闭信号源，拆下信号线。当输入电压为零时(把A、B两端接“地”)仅调节RP2电 位器，使IE电流保持和原来长尾电路一样大小，则静态参数应与表1-4-1一致，不必再 测。 (2)动态测试 按表1-4-4分别测量差模动态数据，并计算差模放大倍数。 按表1-4-5分别测量共模动态数据，并计算共模放大倍数及共摸抑制比。 注：测试方法可参照长尾电路。仅观察波形，不必画图。 表 1-4-4 恒流源式差放差模动态数据 ui uo1 uo2 计算Ad Ad1 单端输出 Ad 2 单端 输入 双端输出 100mV Ad 表 1-4-5 恒流源式差放共模动态数据 ui uo1 uo2 计算Ac KCMRR Ac1 单端输出 Ac2 共模 输入 双端输出 0.5V Ac 四、预习要求 (1)阅读本实验内容。 (2)理论计算静态参数：设RP1的滑动端在中点，管子放大倍数β=50，UBE=0.7V，当 输入端A、B均接地，将计算出的静态参数填入表1-4-1中。 (3)理论计算长尾式差动放大电路在单端输入，双端输出时电压放大倍数Ad，并将 数值填入表1-4-2中(计算时因RP1值较大，故不可忽略RPl值)。 五、实验总结报告分析提示 (1)通过实验总结比较两种差放电路的主要特点。 (2)实测数据与理论估算值比较，并进行误差分析。 六、思考题 (1)当用示波器同时观察的两个波形互为反相时，如何在标注数值上反映出它们之 间的相位关系? (2)放大电路当输入信号过大时，会出现什么情况? 参 项 数 目 参 项 数 目