实验3 差分放大电路设计实验 - 图文

表3.3.1 差分放大器四种按法的差模特性

差模特性 连接方式 差模电压增益Aud ' ??RLAud?Rb1?rbe差模输入电阻Rid 差模输出电阻Rod Rid≈2（Rb1+rbc） rbe?300??(1??)双端输入-双端输出 （忽略RP的影响） R'RL?Rc//L 2同上 Aud?'L'??RL 2(Rb1?rbe)（忽略RP的影响） 26mV IC1Rod=2RC 单端输入-双端输出 双端输入-单端输出 单端输入-单端输出 同上 同上 同上 同上 R0=RC 同上 R?Rc//RL 同上 3．共模特性

当差分放大器的两个输入端输入一对共模信号（大小相等、极性相同的一对信号，如漂移电压、电源波动产生的干扰等）△Uic时，则：

（1）双端输出时，由于同时从两管的集电极输出，如果电路完全对称，则输出电压上△UC1≈UC2，共模电压增益为

ABC??U0C?UC1??UC2??0 (3.3.6) ?Uic?Uic如果恒流源电流恒定不变，则△UC1=△UC2≈0，则Auc≈0。说明差分放大器双端输出时，

对零点漂移等共模干扰信号有很强的抑制能力。

（2）单端输出时，由于只从一管的集电极输出电压△UC1或△UC2，则共模电压增益为

AUC??Uoc?Uc2R'??L (3.3.7) ?Uic?Uic2R'e'式中Re为恒流源的交流等效电阻，即

R'e?rce3(1??3RE3Rbe3?RB?RE3)rbe3?300??(1??)26mV

IE3RB?R//Re4式中Rbe3为V3的集电极输出电阻，一般为几百千欧。

(3.3.8)

(3.3.9)

(3.3.10

由于R'e□R'L，则共模电压增益AUC<1。所以差分放大器即使是单端输出，对共模信号也无放大作用，仍有一定的抑制能力。

常用共模抑制比KCMR来表征差分放大器对共模信号的抑制能力，即

KCMR?Aud (3.3.11) Auc或 KCMR?201gAuddB (3.3.12) AucKCMR愈大，说明差分放大器对共模信号的抑制力愈强，放大器的性能愈好。

共模抑制比KCMR的测量方法如下：当差模电压增益Aud的测量完成后，将放大器的①端与②端相连接，输入Uic=500mV，fi=l00Hz的共模信号。如果电路的对称性很好，恒流源恒

定不变，则UC1与UC2的值近似为零，示波器观测UCl与UC2的波形近似于一条水平直线。共模放大倍数AUC≈0，则共模抑制比KCMR为

KCMR?Aud?? Auc如果电路的对称性不好，或恒流源不恒定，则UC1、UC2为—对大小相等极性相反的正弦波，用交流毫伏表测量UC1、UC2，则共模电压增益为

'Auc?UC1?UC2U'或Auc?C1（单端输入时）

UidUidAuddB Auc放大器的共模抑制比KCMR为：KCMR?20lg'由于Auc<<1，所以放大器的共模抑制比也可以达到几十分贝。在要求不高的情况下，

可以用一固定电阻代替恒流源，V1、V2也可采用特性相近的两只晶体管，而不一定要用对管，可以通过调整外参数使电路尽可能对称。

四、设计内容及步骤

1．确定电路连接方式及晶体管型号

图为具有恒流源的单端输入一双端输出差分放大器电路，其中V1、V2、V3、V4为S9013的4只晶体管，在图示仪上测量β1=β2=β3=β4=60。 2．静态工作点元件参数的计算

差分放大器的静态工作点主要由恒流源I0决定，故一般先设定I0。I0取值不能太大，I0

越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。但也不能太小，一般为几毫安左右。

令I0=1mA,由式（3.3.1）、（3.3.2）得

I0=0.5mA 226mV再由（3.3.9）式得 rbe=300?+(1+?)=3.4k?

I02IR=IO=1mA,Ic1=Ic2=

要求Rid>25kΩ Rid=2(Rid+Rbe)>25k? 则Rb1>9.1k? 取Rb1=Rb2=9.1k? 要求Avd≥25，由表3.3.1可得 Aud=

'??R'LRb1?rbe>25 取Aud=30

则 RL=6.3k?

R'L=RC//RL/2 则RC=17.03 k? 取RC1= RC2=17 k?

UC1?UC2?VCC?IC1RC1?VCC?I0RC1=3.5V 2UC1、UC2分别为V1、V2集电极对地的电压，而基极对地的电压UB1、UB2则为

UB1?UB2?IC?Rb1?0.08V?0V 则UE1?UE2?0.7V

射极电阻不能太大，否则负反馈太强，使得放大器增益很小，一般取100Ω左右的电位器，以便调整电路的对称性，现取RP1=100Ω。

对于恒流源电路，其静态工作点和元件参数计算如下：

IR?I0??UEE?0.7V R+RE=11.3K?

R?RE射极电阻RE一般取几千欧，这里取RE3=RE4=2kΩ，则R=9.3kΩ。为调整I0方便，R用5.1kΩ固定电阻与10kΩ电位器RP2串联。

4．静态工作点的调整

输入端①接地，用万用表测量集电极对地的电压UC1、UC2。若UC1≠UC2，证明电路不对称，应调整RP1，测得③、④间电压为零，使得UC1=UC2，这一过程称之为调零。量电阻RC1两端的电压，井调节RP2使I0=2

URC1RC1，满足设计要求值I0=1mA。由于I0为设定值，不一定使两只

管子工作在放大状态，所以要用万用表分别测量各极对地的电压，即UC1、UB1、UE1、UC2、UB2、UE2。这时UBE≈0.7V，UCl应为正几伏电压。如果V1、V2已经工作在放大状态，再利用差模传输特性曲线，观测电路的对称性，并调整静态工作点I0的值。将输入端①输入差模信号Uid=20mV，其测量方法见图2-24。进一步调节RP1、RP2使传输特性曲线尽可能对称。如果选用的是特性不太一致的晶体管作为差分对管，改变RP1，RP2的值仍然不能使特性曲线对称时，可适当调整电路外参数，如RC1或RC2，使RC1与RC2不等，以满足特性曲线对称。待电路的差模特性曲线对称后，移去信号源，再用万用表测量各三极管的电压值，并记录下来，然后再计算静态工作点I0、UCE1、UCE2、UCE3、Aud、Auc、KCMR和Rjd的值。

差分放大器实验波形图

五、实验小结

1、 静态工作点的调试

Uc1/V 4.44 Uc2/V 4.5 Ub1/V 0.1 Ub2/V 0.1 Ue1/V 0.7 Ue2/V 0.7

2、 误差分析

（1） 要求共模抑制比较高，即电路的对称性要好，应采用集成差分对管BG319或双

三级管3DG6，BGl9内部有4只特性完全相同的晶体管，但应实验器材不足采用

S9013三极管。

（2） 前期实验器材的确定与数据的确定存在偏差，产生一定的误差。

（3） 测量调节是调节的不够精确，无法达到理想值使得后期实验时存在一定的误差。

3、总结体会：

（1） 差分放大器的设计，了解了其基本知识，通过具体的电路图，掌握

了简单电路元器件的装配、焊接电路。

（2）通过对仿真软件multisim的使用，对 multisim有了一定的认识，基本了解其中的

元件及应用，能够用其进行电路设计模拟、与设计结果进行验证。