子任务1学习引导文差分放大电路应用与测试

1、子任务1学习引导文：差分放大电路应用与测试学习目标与要求1、列出元器件清单，询价，购买元器件2、能用万用表测试静态工作点3、能用示波器测试各级输出信号和交流性能指标。4、说明电路原理与功能。5、编写文档记录制作过程和测试结果（一组交一份）6、相互交流和学习重点内容21基础知识差分放大器是基本放大电路之一，由于它具有抑制零点漂移的优异性能，因此得到广泛的应用，并成为集成电路中重要的基本单元电路，常作为集成运算放大器的输入级。典型的差分放大器电路如图1所示。 +Ec即使在不对称的情况下，它也能较好地放 Rb11 Rc1 Rc2 Rb12大差模信号，而对共模信号的放大能力则 Uo1 Uo2 很差，从

2、而抑制了零点漂移。这一电路的 Ui1 Rb21 Rb22特点，是在发射极串联了一个电阻Re。通 T1 T2常Re取值较大，由于分占了稳压电源EC R 较大的电压，使两管的静态工作点处于不 Re合理的位置，因此引进辅助电源EE（一般 R -EE取EE = EC），以抵消Re上的直流压降，并为基极提供适当的偏置。 Ui2 图1 典型的差分放大器如图1所示，当输入差模信号时，T1管的ic1增加，T2管的ic2减小，增减的量相等，因此两管的电流通过Re的信号分量相等但方向相反，他们相互抵消，所以Re可视为短路，这时图1中的差分放大器就变成了没有Re的基本差分放大器电路，它对差模信号具有一定的放大能力。

3、对于共模信号，两管的共模电流在Re上的方向是相同的，在取值较大的Re上产生较大的反馈电压，深度的负反馈把放大倍数压得很低，因此抑制了零点漂移。从上述可知，对差分放大器来说，其放大的信号分为两种：一种是差模信号，这是需要放大的有用的信号，这种信号在放大器的双端输入时呈现大小相等，极性相反的特性；另一种是共模信号，这是要尽量抑制其放大作用的信号。1 差模电压放大倍数对于差模信号，由于Uid1 = Uid2，故射极电阻Re上的电流相互抵消，其压降保持不变，即 DUE = 0，可得到差模输入时的交流等效电路，如图2所示，由于电路对称，每个半边与单管 Rc Rc共射极放大器完全一样。 Uod1 Uod2

4、 双端输入双端输出差分放大器的差模 电压放大倍数为： T1 T2 Rb Rb Uid1 Uid2 图2 差模输入时的交流等效电路 （1）可见Aud与单管共射极放大器的电压放大倍数Au相同。考虑负载RL后，双端输入双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为： （2） 式中双端输入单端输出差分放大器的差模电压放大倍数为： （3）2 共模电压放大倍数 Rc Rc当输入共模信号时，Re上的压降为DUE=2DIERe， Uoc1 Uoc2 在画等效电路时把两管拆开，流过射极电路的电流 为DIE，为了保持电压DUE不变，应把每管的发射极 T1 T2电阻Re增加一倍，因此共模输入时的交流通路如 图3所示。当从两

5、管的集电极输出时，如果电路完 Rb1 2Re 2Re Rb2全对称，则输出电压Uoc= Uoc1Uoc2= 0，因此双端 输出时的共模电压放大倍数Auc为： Uic （4） 如果采用双端输入单端输出的方式，则共 图3 共模输入时的交流通路模电压放大倍数为： （5）通常 b 1，2bRe Rb1 + rbe，故上式可简化为： （6）从上述讨论可知，共模电压放大倍数越小，对共模信号的抑制作用就越强，放大器的性能就越好。在电路完全对称的条件下，双端输出的差分放大器对共模信号没有放大能力，完全抑制了零点漂移。实际上，电路不可能完全对称，Auc并不为零，但由于Re的负反馈作用，对共模信号的抑制能力还是很

6、强的。在Re取值足够大的情况下，即使是单端输出，也能把Auc1压得很低。如果电路不对称，则（4）式不为零，所以双端输入双端输出时的Auc应写成： Auc = Auc1 Auc2 （7）3 共模抑制比共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即： （8）共模抑制比说明了差分放大器对共模信号的抑制能力，其值越大，则抑制能力越强，放大器的性能越好。对于单端输出电路，由（3）式与（6）式，可以得到共模抑制比： （9）上式表明，提高共模抑制比的主要途径是增加Re的阻值。但当工作电流给定后，加大Re势必要提高 |EC| 。 +12V 为了在不用提高 |EC|的情况下 ， 能够显著地增

7、大Re，可用晶体管构成 Rb11 Rc1 Rc2 Rb12 R2 的恒流源来代替Re，如图4中所示的 RLT3，只要保证T3的UCEQ （1 2）V， Uo1 Uo2则T3管“集射”之间的交流阻抗可 Ui1 Rb21 Rb22达几十k W 几MW。 T1 T2图4电路中的元件值分别为： Rw Rb11 = Rb12 = 300kW， R Rb21 = Rb22 = 22 kW， Rc1 = Rc2 = 10kW， T3 R = 510W，R2 = 270 kW， R Re3 2CW1S Re3 = 1.2 kW，RL = 100 kW， RW为150W电位器，T3为3DG6， Ui2 12VT

8、1、T2为3DG6对管，2CW1S为稳压管。 图4 具有恒流源的差分放大器 22技能训练221实验设备名 称型 号 或 规 格数 量函数信号发生器GFG8016G直流稳压电源JWD21晶体管毫伏表DA162万用表YX960TR或其它型号1数字万用表1222实验内容 1 基本差分放大器 （1）调整放大器电路的对称平衡 按图5所示安装一个基本差分放大器，安装好电路并确定元件连接无误后，接上稳压电源12V，将两输入端接地，将万用表的两个表笔接在两输出端，调节电位器RW，使输出电压逐渐减到零（先将万用表的直流电压档打在较高档位上进行粗调，然后再逐渐降低量程档位进行细调）。 （2）差模电压放大倍数的测量

9、 在两输入端输入频率f = 200Hz，Uid1 = Uid2 = 50mV的差模信号，用 图5 基本差分放大器实验电路数字电压表分别测量输入电压值及双端 （Re = 6.2 kW，其它元件值与图4的相同）和各单端输出的电压值（Uid1、Uod、Uod1与Uod2），并分别算出双端输出的电压放大倍数Aud和单端输出的电压放大倍数Aud1或Aud2。 （3）共模电压放大倍数的测量将两输入端短接，输入频率f = 200Hz，Uic = 100mV的共模信号，用数字电压表分别测量输入电压值及双端和各单端输出的电压值（Uic、Uoc、Uoc1与Uoc2），并分别算出双端输出的电压放大倍数Auc和单端输

10、出的电压放大倍数Auc1或Auc2。 （4）由Aud、Aud1、Auc与Auc1值，分别算出双端、单端输出的共模抑制比。2 具有恒流源的差分放大器按图4所示安装一个具有恒流源的差分放大器，并参考1的实验内容与步骤进行实验。六 实验报告要求1 画出实验电路图，并标出元件数值。2 将实验数据、计算结果填入自拟的表格中，并与理论值（Aud、Auc1）对比。3 回答问题：（1） 通过比较，简要说明差分放大器是如何解决电压放大倍数和零点漂移这一矛盾的？ （2）为什么用恒流源代替Re可以提高共模抑制比？223思考题1 能否用DA 16型晶体管毫伏表直接测量差分放大器的双端输出时的Ud、Uc值？为什么？2

11、今有一台低频信号发生器，输出频率为1000Hz时, 能否同时接到图5中的两个输入端去放大?注意：本实验中使用的12V直流电压，由双路输出的稳压电源（JWD2型）提供，要按图6所示连接电源。 JWD-2稳压电源 A B +12V 接地 -12V图 6 直流稳压电源正负电压同时输出的接法224运放构成的差分放大电路测量放大器由两个同相放大器和一个差动放大器组成，如图7所示。该电 A1 u R4路具有输入阻抗高，电压放大倍数容易 R R2 R3 调节，输出不包含共模信号等优点。 R1 uo1 A3 uo 测量放大器的第一级由两个同相放 ui R2 uo2 R3 u+ 大器采用并联方式，组成同相并联差

12、动 R5放大器，如图2所示。该电路的输入电 A2 阻很大。若不接R时，该电路的差模输 R RW入电阻Rid2ric。共模输入电阻Ricric/2。由于运放的共模输入电阻ric很大，当接入电阻R后，由于R小，则R与Rid或 图7 测量放大器电路Ric并联后，该电路的输入电阻就近似等于R。图8电路的差模电压放大倍数为： 由上式可知，改变R1的值就能改变电路的电压放大倍数。通常用一个电位器与一个固定电阻串联来代替R1。这样调节电位器的值，就能改变电路的电压放大倍数。图8电路的优点是输入电阻很大，电压放大倍数调节简单，适用于不接地的“浮动”负载。缺点 A1 uo1是把共模信号按1：1的比例传送到输出端

13、。 R R2 测量放大器的第二级由运算放大器A3与电阻R3、 R1R4、R5、Rw一起组成基本差动放大器。如图9所示。 ui 该电路的差模输入电阻： Rid=2R3。 R2 共模输入电阻： Ric=R3+R4。 A2 uo2 差模电压放大倍数为： R 因此图1测量放大器的输入阻抗由R的值决定。 图8 同相并联差动放大器差模电压放大倍数为： uo1 R3 R4 uo2 R3 A3 uo R5一实验内容 RW设计一个如图10所示的测量放大器： 测 量 二阶高通 二阶低通 图9基本差动放大器（R4=R5+Rw） ui 放大器 有源滤波器 有源滤波器 u0 图10 测量放大器框图指标要求：1 当输入信

14、号峰峰值uip-p=1mV时，输出电压信号峰峰值uop-p=1V。2 输入阻抗：Ri1M3 频带宽度： f（-3dB）=1Hz1kHz4 共模抑制比： CMRR 70dB二设计及调试时的注意事项：1 设计时要考虑电路的实际性能和方便调试。要注意增益的分配，若一级增益过大则不容易测量，而且输出失调电压也将加大。R3、R4不可太小，要考虑到前级运算放大器的带负载能力。R的选取与输入电阻的要求和运放的偏置电流有关。 2调试时要一级一级的进行。实验中的信号ui是浮空的交流信号，而调试的信号源则一端接地，另一端输出往往迭加有直流电平， C1因此输入端的接法可采用图11所示电路。其中， A1 uo1C1是隔直电容，对低频特性有影响，故不能取 R R2得太小。C2使另一端的交流接地，且不影响直 ui