差动放大电路实验报告

实验七　差动放大器

一、实验目的

1．加深理解差动放大器的工作原理，电路特点和抑制零漂的方法。

2．学习差动放大电路静态工作点的测试方法。

3．学习差动放大器的差模、共模放大倍数、共模抑制比的测量方法。

二、实验仪器

1．双踪示波器

2．万用表

3．交流毫伏表

4．信号发生器

三、实验原理

如图5－18所示电路为具有恒流源的差动放大器，其中晶体管T₁、T₂称为差分对管，它与电阻R_B1、R_B2、R_C1、R_C2及电位器R_W1共同组成差动放大的基本电路。其中R_B1＝R_B2，R_C1＝R_C2，R_W1为调零电位器，若电路完全对称，静态时，R_W1应处为中点位置，若电路不对称，应调节R_W1，使U₀₁、U₀₂两端静态时的电位相等。

晶体管T₃、T₄与电阻R_E3、R_E4、R和R_W2共同组成镜像恒流源电路，为差动放大器提供恒定电流I_o。要求T₃、T₄为差分对管。R₁和R₂为均衡电阻，且R₁＝R₂，给差动放大器提供对称的差模输入信号。由于电路参数完全对称，当外界温度变化，或电源电压波动时，对电路的影响是一样的，因此差动放大器能有效地抑制零点漂移。

图5－18　恒流源差动放大器

1．差动放大电路的输入输出方式

如图5－18所示电路，根据输入信号和输出信号的不同方式可以有四种连接方式。

（1）双端输入—双端输出。将差模信号加在U_S1、U_S2两端，输出取自U_o1、U_o2两端。

（2）双端输入—单端输出。将差模信号加在U_S1、U_S2两端，输出取自U_o1或U_o2到地的信号。

（3）单端输入—双端输出。将差模信号加在U_S1上，U_S2接地（或U_S1接地而信号加在U_S2上），输出取自U_o1、U_o2两端。

（4）单端输入—单端输出。将差模信号加在U_S1上，U_S2接地（或U_S1接地而信号加在U_S2上），输出取自U_o1或U_o2到地的信号。

连接方式不同，电路的性能参数不同。

2．静态工作点的计算

静态时差动放大器的输入端不加信号，由恒流源电路得

I_o为I_R的镜像电流。由电路可得

由上式可见I_o主要由－V_EE（－12V）及电阻R、R_W2、R_E4决定，与晶体管的特性参数无关。

差动放大器中的VT₁、VT₂参数对称，则

由此可见，差动放大器的工作点主要由镜像恒流源I_o决定。

3．差动放大器的重要指标计算

（1）差模放大倍数A_Vd

由分析可知，差动放大器在单端输入或双端输入，它们的差模电压增益相同。但是，要根据双端输出和单端输出分别计算。在此分析双端输入，单端输入自己分析。设差动放大器的两个输入端输入两个大小相等，极性相反的信号V_id＝V_id1－V_id2。双端输入—双端输出时，差动放大器的差模电压增益为

式中A_Vi为单管电压增益。

双端输入—单端输出时，电压增益为

式中R′_L＝R_C‖R_L。

（2）共模放大倍数A_VC

设差动放大器的两个输入端同时加上两个大小相等，极性相同的信号即V_ic＝V_i1＝V_i2．

单端输出的差模电压增益

式中R′_e为恒流源的交流等效电阻。即

由于一般为几百千欧，所以R′_e》R′_L

则共模电压增益A_VC＜1，在单端输出时，共模信号得到了抑制。

双端输出时，在电路完全对称情况下，则输出电压A_oC1＝V_oC2，共模增益为

上式说明，双单端输出时，对零点漂移，电源波动等干扰信号有很强的抑制能力。

注：如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则U_o1与U_o2的值近似为零，示波器观测U_o1与U_o2的波形近似于一条水平直线。共模放大倍数近似为零，则共模抑制比K_CMR为无穷大。如果电路的对称性不好，或恒流源不恒定，则U_o1、U_o2为一对大小相等极性相反的正弦波（示波器幅度调节到最低挡），用长尾式差动放大电路可观察到U_o1、U_o2分别为正弦波，实际上对管参数不一致，受信号频率与对管内部容性的影响，大小和相位可能有出入，但不影响正弦波的出现。

（3）共模抑制比K_CMR

差动放大电器性能的优劣常用共模抑制比K_CMR来衡量，即：

单端输出时，共模抑制比为：

双端输出时，共模抑制比为：

四、实验内容

1．参考本实验所附差动放大模块元件分布图，对照实验原理图如图5－18所示正确连接。

2．调整静态工作点。

打开直流开关，不加输入信号，将输入端对地短路，调节恒流源电路的R_W2，使I_o＝1mA，即I_o＝2V_RC1／R_C1。再用万用表直流挡分别测量差分对管T₁、T₂的集电极对地的电压V_C1、V_C2，如果V_C1≠V_C2应调整R_W1使满足V_C1＝V_C2。若始终调节R_W1与R_W2无法满足V_C1＝V_C2，可适当调电路参数如R_C1或R_C2，使R_C1与R_C2不相等以满足电路对称，再调节R_W1与R_W2满足V_C1＝V_C2。然后分别测V_C1、V_C2、V_B1、V_B2、V_E1、V_E2的电压，记入自制表中。

3．测量差模放大倍数A_Vd。

从输入端输入V_id＝50mV（峰峰值）、f＝1kHz的差模信号，用毫伏表分别测出双端输出差模电压V_od（U_o1－U_o2）和单端输出电压V_od1（U_o1）、V_od2（U_o2）且用示波器观察他们的波形（V_od的波形观察方法：用两个探头，分别测V_od1、V_od2的波形，微调挡相同，按下示波器Y2反相按键，在显示方式中选择叠加方式即可得到所测的差分波形）。并计算出差模双端输出的放大倍数A_vd和单端输出的差模放大倍数A_Vd1或A_Vd2。记入自制的表中。

4．测量共模放大倍数A_VC。

将输入端两点连接在一起，R₁与R₂从电路中断开，从输入端输入10V（峰峰值），f＝1kHz的共模信号，用毫伏表分别测量T₁、T₂两管集电极对地的共模输出电压U_oC1和U_oC2且用示波器观察他们的波形，则双端输出的共模电压为U_oC＝U_oC1－U_oC2，并计算出单端输出的共模放大倍数A_VC1（或A_VC2）和双端输出的共模放大倍数A_VC。

5．根据以上测量结果，分别计算双端输出，和单端输出共模抑制比，即K_CMR（单）和K_CMR（双）。

6．＊有条件的话可以观察温漂现象，首先调零，使V_C1＝V_C2（方法同步骤2），然后用电吹风吹T₁、T₂，观察双端及单端输出电压的变化现象。

7．用一固定电阻R_E＝10kΩ代替恒流源电路，即将R_E接在－V_EE和R_W1中间触点插孔之间组成长尾式差动放大电路，重复步骤3、4、5，并与恒流源电路相比较。