模电课设-差分放大器.doc

实验 差分放大电路一：设计题目： 长尾式差分放大电路二：设计指标： 双端输出时，差模电压放大倍数：|Ad|=2030,共模电压放大倍数：|Ac|0;单端输出时，Ad1=12Ad,Ad2=-12Ad,|Ac1|=|Ac2|=01;输出电阻：Ro=4050K。三：实验目的： （1） 加深对差动放大器的性能和特点的理解。（2） 学习差动放大器的主要性能指的标标的测试方法。（3） 了解电路产生零漂的原因和抑制方法。（4） 学会调节差分放大电路的静态工作点。（5） 掌握差分放大电路的双端输入，单端输出的共模电压 放大倍数和共模抑制比的测试方法。（6） 掌握差分放大电路在不同输入，输出模式时差模电压放大倍数的测试方式四:实验仪器与器件（1）计算机。（2）Multism仿真软件。（4）数字电压表。（5）双踪示波器。（6）交流毫伏表。（）12V的直流电源。（）函数信号发生器。（）晶体三极管，电阻，电容等五：预习要求:1根据直流稳压电源的技术指标要求，按照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标要求的稳压电源。根据设计与计算的结果，写出设计报告。 2制定出实验方案，选择实验用的仪器设备，： 六、设计原理：为了充分利用集成电路内部元件参数匹配较好、易于补偿的优点，输入级大都采用差分放大电路形式。1、将两个电路结构、参数均相等的单管放大电路组合在一起，就成为差分放大电路的基本形式，如图（a），输入电压uI1和uI2分别在两管的基极，输出电压等于两管的集电极电压之差。 a.差分放大电路的基本形式在理想情况下，电路中左右两部分三极管的特性和电阻有参数均完全相等，则当输入电压等于零时，UCQ1=UCQ2,故输出电压UO=0。如果温度升高使ICQ1增大，UCQ1减小，则ICQ2也将增大，UCQ2也将减小，而且两管变化的幅度相等，结果VT1的VT2输出端的零点漂移将互相抵消。2、为了进一步减小每个管子输出端的温漂，设计了长尾式差分放大电路。在图（a）的基础上，在两个放大管的发射极接入一个发射极电阻Re，如图(b)长尾电阻Re的作用是引入一个共模负反馈，对共模信号有负反馈作用，而对差模信号没有负反馈作用。假设在电路输入端加上正的共模信号，则两个管子的集电极电流iC1、iC2同时增加，使流过发射极电阻的电流iE增加，于是发射极电位uE升高，反馈到两管的基极回路中，使uBE1、uBE2降低，从而限制了iC1、iC2的增加。 b、长尾式差分放大电路但对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等，而极性相反，所以iC1增加多少，iC2就减少同样的数量，因而流过Re的电流总量保持不变，则uE=0，所以对于差模信号没有反馈作用。Re引入的共模负反馈使共模放大倍数Ac减小，降低了每个管子的零点漂移。但对于差模放大倍数Ad没有影响，因此提高了电路的的共模抑制比。Re愈大，共模负反馈愈强，则抑制零漂的效果愈好。但随着Re的增大，Re上的直流压降将愈来愈大，为此，在电路中引入了一个负电源VEE来补偿Re上的直流压降，以免输出电压变化范围太小。七、设计步骤：1、静态分析当输入电压等于零时，由于电路结构对称，即R1=R2=Rb，Rc1=Rc2=Rc；T1管与T2管的特性相同，1=2=，rbe1=rbe2=rbe；Re为公共的发射极电阻，因此可认为IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，由三极管基极回路可得IBQR1+UBEQ+IEQ(2Re+0.5Rw)=VEE则静态基极电流为IBQ=VEE-UBEQR1+1+(2Re+0.5Rw)静态集电极电流和电位为ICQIBQUCQ=VCC-ICQRC（对地）静态基极电位为UBQ=-IBQR1（对地）2、动态分析由于接入长尾电阻Re后，当输入差模信号时流过Re的电流不变，Ue相当于一个固定的电位，在交流通路中可将Re视为短路，因此长尾式差分放大电路的交流通路如图（c）,RL为接在两个三极管之间的负载电阻。当输入差模信号时，一管集电极电位降低，另一管集电极电位升高，可认为RL中点处的电位保持不变，也就是说，RL/2处相当于交流接地。根据交流通路得iB1=uI1/(R1+rbe+(1+)Rw/2)iC1=iB1 C、长尾式差分放大电路交流通路则 uC1=-iC1(Rc/RL2)=-(Rc/RL2)R1+rbe+(1+)Rw/2uI1同理 uC2=-iC2(Rc/RL2)=-(Rc/RL2)R1+rbe+(1+)Rw/2uI2故输出电压为uO=uC1-uC2=-(Rc/RL2)R1+rbe+(1+)Rw/2(uI1-uI2)则差模电压放大倍数为Ad=uOuI1-uI2=-(Rc/RL2)R1+rbe+(1+)Rw/2差模输入电阻为Rid=2(R1+rbe+(1+)Rw/2)输出电阻为Ro=2Rc3、参数选择根据设计指标，取Ro=40K，则Rc=Ro/2=20 K；单端输出时，取Ac1=Ac2=-0.5,Ac1=-Rc2Re,得Re=20 K;令负载电阻RL=15K，调零电位器Rw=100,三极管=120； IEQ=IBQ=VEE-UBEQR1+1+(2Re+0.5Rw) =12012-0.7R1+1+120(40+0.05)=1365R1+4846 mA； Rbe=rbb+1+26mVIEQ=300+(1+120)26/1365R1+4846 =11.54+2.3210-3R1 K; Rc/RL2= 20/152=5.455 K (1+)Rw/2=1210.05=6.05 K Ad=-(Rc/RL2)R1+rbe+(1+)Rw/2=-1205.455R1+11.54+2.3210-3R1+6.05=-654.61.00232R1+17.59由|Ad|=2030得：20654.61.00232R1+17.5930，4.23R115.14，因此，可取R1=11 K七、安装与调试：按下图连结电路，进行电路测量静态工作点的测定 Uc1=6.408V Ib1 Ic1 Uc2=6.408V Ib2 Ic2 差模放大倍数的测定： UI Uo Au=Uo /Ui=725/100=7.25=7 输入波形：UI=（100*1.5）MV=0.15V输出波形Uo=500*2mv=1vAu=UoUi=1/0.15=7八：设计总结本设计中，我用的是单入单出的连接方式，放大倍数的范围根据理论计算，应在1020之间，由于在电路连接和元件选用及电脑操作中可能出现误差，使最终实际放大倍数为7。应用Multisim软件对差分放大电路进行仿真分析，结果表明仿真与理论分析和计算结果一致，应用Multisim进行虚拟电子技术实验可以十分方便快捷地获取实验数据，突破了在传统实验中硬件设备条件的限制，大大提高了实验的深度和广度。利用仿真可以使枯燥的电路变得有趣，复杂的波形变得形象生动，并且不受场地(可以在教室、宿舍)，不受时间(课内、课外)的限制，通过我们自己动手设计和调 试，进一步加深了对查分放大电路的工作原理和作用的理解。通过对长尾式差分放大电路的设计，使我加深了对差分放大电路工作原理及特性的理解，同时学会了调节差分放大电路的静态工作点及其主要性能指标的测试方法。在设计的过程中我遇到了很多问题，通过与同组人共