晶体管差动放大器1.doc

实验一 晶体管差动放大器一、实验目的1. 加深对差动放大器工作原理及特点的理解。2. 了解差动放大器静态工作点的测量及零点调节的方法。3. 测量差动放大器在不同输入和输出连接方式下的差模和共模电压放大倍数。二、预习要求1 根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静态工点及差摸电压放大倍数（1=2=100）。2 测量静态工作点时，放大器输入端、与地如何连接？怎样进行静态调零？3 实验中怎样获得双端和单端输入差摸信号？怎样获得共摸信号？三、实验原理图3-1-1晶体管差动放大器实验电路差动防大电路是模拟集成电路中使用最广泛的单元电路，它几乎是所有模拟集成电路的输入级，它决定着这些电路的差模输入特性及共模输入特性等多种特性。图3-1-1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。当开关J1由节点21节点20时，构成典型的差动放大器。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Vi0时，双端输出电压Vo0。RE为两管共用的发射极电阻，它对差动信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故能起到有效地抑制零点漂移的作用，从而稳定静态工作点。当开关J1由节点21节点10时，电路构成具有恒流源的差动放大器。它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. 静态工作点的估算典型电路： 认为(VB1=VB20) 恒流源电路： 2. 差动电压放大倍数和共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Ad由输出端方式决定，而与输入方式无关。 差动双端输入，双端输出输入信号Vi分别从Vi1、Vi2两端输入，其差模放大倍数为： Ad等于单管时的放大倍数。 单端输入，双端输出输入信号Vi从Vi1、Vi2其中一端输入，另外一端接地，则电路为单端输入，双端输出，其差莫放大倍数同上。Ad等于单管时的放大倍数。 不管是何种输入方式，当输出为单端输出时有关系式： 其放大倍数等于单管放大倍数的一半。 当输入共模信号时，若为单端输出，则有： 若为双端输出，在理想情况下： 由于实际工作中元件不可能完全对称，因此Ac如也不会绝对等于零。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，即共模拟制比 或 由上式可以看出，欲使共模拟制比AdAcRc,当图3-1-1中的D接E时，由于T3的恒流源作用，等效的Rc极大，显然此时的共模抑制比就很大。差动放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。本实验可由函数信号发生器提供频率f=1000Hz的正弦信号或者采用直流电压源作为输入信号。用何种信号请同学自行选择，但在写实验报告时请注明选用的信号源种类。四、实验所需仪器仪表及元器件函数信号发生器、双踪示波器、数字万用表晶体三极管 个（要求T1、T2 特性参数一致）、电阻若干、可变电阻及开关。五、实验内容 静态分析静态工作点调零：按图3-1-1连接实验电路，将放大器输入端Vi1、Vi2与地短接，接通正负直流稳压电源，调节调零电位器Rp， 用万用表直流电压档测量输出电压Vo，使Vo = 0。注：如果在电路中同时有几个需要用键盘来控制的元器件，请注意控制键的设置，以免引起不必要的误操作。测量静态工作点：在Multisim仿真软件中，单击Simulate菜单中的Analysis命令下的DC Operating Point命令，电路静态分析结果如图3-1-2（a）和图3-1-2（b）所示。根据图中显示结果将数据对应记入表3-1-1中。 Operating Point Operating Point （a）开关J1接到F点的静态分析结果 （b）开关J1接到E点的静态分析结果图3-1-2晶体管差动放大电路静态分析表3-1-1测量值VC1（V）VB1（V）VE1（V）VC2（V）VB2（V）VE2（V）2动态分析 测量典型差动放大器的差模电压放大倍数（开关J1接到节点21）单端输入方式：将图3-1-1所示电路中，节点19与函数信号发生器“+”端相连，节点14接地，用函数信号发生器为电路提供正弦输入信号（幅度为10mv，频率为1kHz），通过示波器测得电路两输出端波形如图3-1-3所示。图3-1-3典型差动放大器单端输入的两端输出端波形调整示波器读数指针1可得：输出正弦电压峰值Vc1（VA）为296.9mV，Vc2（VB）为-292mV，且输出差模波形Vc1与Vc2反相。l 单端输入，双端输出电压放大倍数：l 单端输入，单端输出电压放大倍数： 注：用示波器测量数据时，应注意所选时刻测出的电压值所代表的意义。双端输入方式：将图3-1-1所示电路中，节点19与函数信号发生器“+”端相连，节点14与函数信号发生器“-”端相连，用函数信号发生器为电路提供正弦输入信号（幅度为10mv，频率为1kHz），通过示波器测得电路两输出端波形如图3-1-4所示。图3-1-4典型差动放大器双端输入的两端输出端波形调整示波器读数指针1可得：输出正弦电压峰值Vc1（VA）为-588.1mV，Vc2（VB）为588.3mV，且输出差模波形Vc1与Vc2反相。l 双端输入，双端输出电压放大倍数：l 双端输入，单端输出电压放大倍数： 处理、操作中测得的各组数据，并记入表3-1-2中。 测量具有恒流源的差动放大器的差模电压放大倍数按图3-1-1电路中将开关J1接到节点10，构成具有恒流源的差动放大电路。重复上述的要求，将数据记入表3-1-2中。 测量共模电压放大倍数将图3-1-1所示电路中，节点19与节点14短接后与函数信号发生器“+”端相连，构成共模输入方式。用函数信号发生器为电路提供正弦输入信号（幅度为10mv，频率为1kHz），用示波器观察输出端的电压波形。同时处理数据，并记入表3-1-2中。当开关J1接到节点21时，其波形如图3-1-5所示，从图上可知Vc1（VA）与Vc2（VB）相同，都是4.9mV，且相位相同，说明该电路左右两侧元件参数对称性好。图3-1-5 开关J1接到21点时共模输入，电路两端的输出波形l 单端输出共模电压放大倍数：l 单端输出共模抑制比：六、实验报告 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。2计算静态工作点和差模电压放大倍数。3典型差动放大电路单端输出时的共模拟制比实测值与理论值比较。4典型差动放大器电路单端输出时共模拟制比的实测值与具有恒流源的差动放大器共模拟制比实测值比较。