差分放大器靜態工作點調整與動態性能指標測量

一、實驗目的

1、加深理解差分放大器的工作原理與性能特點；

2、掌握差分放大器靜態工作點調整方法；

3、學習差分放大器動態性能指標的測量方法；

4、理解共模抑制比（ CMRR ）的含義。

二、實驗儀器

雙蹤示波器 函數信號發生器

交流毫伏表 直流穩壓源

數字萬用表 子板-差分放大電路實驗板

三 、實驗電路

實驗電路板

1、差分放大電路的幾種接法

差分放大電路有單端和雙端兩種輸入方式，其輸出端也有單端和雙端兩種輸出方式。電路的電壓放大倍數只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。

（1）單端輸入：信號電壓ui僅由T1管A端輸入，而T2管B端接“地”。

（2）雙端輸入：可將兩路共“地”信號源分別輸入A端與B端。當 ui1 =–ui2時，完全為差模電壓輸入； ui1 =ui2時，則完全為共模電壓輸入。

一般地，可以出現ui**1 ≠ui2的情況，則可以理解為既有差模輸入，也有共模輸入。

（3）單端輸出：T1管單端輸出（ uo1 ），取自T1管的集電極對“地”電壓，輸入ui與輸出信號uo1反相；T2管單端輸出（ uo2 ），取自T2管的集電極對“地”電壓，輸入ui與輸出信號uo2反相。

單端輸出的放大倍數是單管放大的一半。

（4）雙端輸出：為T1管與T2管集電極之間的電壓，但因晶體管毫伏表測量信號時，其黑夾子只能接“地”，所以測量時分別對“地”測出uo1和 uo2 ，而 uo = u~o1 ~ ― * u o2 * 。

雙端輸出的放大倍數和單管放大相同。

（5）共模輸入：信號電壓ui可由A端輸入，將T1管輸入端A與T2管輸入端B連接在一起。而原來T2管B端接“地”的線必須斷開，否則會將信號源短路。AC為共模放大倍數，當電路完全對稱，則A C ~ = 0， *KCMRR~* →∞，為理想情況。

四、實驗內容及步驟

1、長尾式差動放大電路

按圖4-1接線，將電路圖中RP1連接到R8。

（1）靜態測試：

調零： 由于電路不會完全對稱，當輸入電壓為零（將A、B兩輸入端均接“地”）時，輸出不一定為零。通過調節調零電位器RP，可以改變兩晶體管的靜態偏置。故調節RP時，用萬用表直流電壓檔監測差放電路輸出端，使雙端輸出電壓為零，即 UCQ1 = UCQ2 （ UCQ1 、UCQ2分別為T1和T2管集電極對“地”電壓）。

按表4-1測量并記錄T1和T2管的靜態工作點。

實驗操作 -長尾式差分放大電路靜態調零

實驗操作 -長尾式差分放大電路靜態UCQ1

實驗操作 -長尾式差分放大電路靜態UCQ2

實驗操作 -長尾式差分放大電路靜態UBQ1

實驗操作 -長尾式差分放大電路靜態UBQ2

實驗操作 -長尾式差分放大電路靜態UEQ1

實驗操作 -長尾式差分放大電路靜態UEQ2

表4-1 長尾式差放電路靜態數據

（2）動態測試：

a、直流放大測試：

A5實驗板左側直流信號源使用說明：電壓選擇按鍵為“彈出”狀態時，分別調節兩電位器旋鈕，兩路輸出信號均可在-5V～+5V范圍內設定；電壓選擇按鍵按下時，兩路直流信號的可調范圍則為-0.5V～+0.5V。

可調直流電源

“雙入－雙出”工作模式的測量：

調節圖4-2所示直流信號源輸出電壓，使V**i1對地電壓為+0.1V（接 A點 ）、V**i2為-0.1V（接 B點 ），構成直流差模信號輸入，然后用萬用表電壓檔測量Vo數值并記錄于表4-2中。根據所測數據，計算單端輸出差模電壓放大倍數Aod1 、* A od *2以及雙端輸出差模電壓放大倍數 A~od ~ 。

實驗操作 -調Vi1為+0.10V

實驗操作 -調Vi1為-0.10V

實驗操作 -測量直流放大雙入-雙出Vod1

實驗操作 -測量直流放大雙入-雙出Vod2

實驗操作 -測量直流放大雙入-雙出差模輸出Vod

表4-2長尾式差放電路動態測試（直流放大）

b、交流放大測試：

輸入頻率為1kHz交流信號 ui ，用示波器始終觀察輸入、輸出信號，記錄輸入與輸出信號之間的相位關系。再用交流毫伏表分別測量 uo1、uo2 。

按表4-3 分別測量差模動態數據，計算差模放大倍數。并將雙端輸出uo的波形繪制于圖4-3（a）中。

注意：

電子儀器使用時要共“地”，即示波器的晶體管毫伏表它們的黑夾子只能接在“┻”上。選用示波器兩個通道信號相減的功能觀察雙端輸出的波形。

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-ui單端輸入1KHz正弦波100mV有效值

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-單端輸入-單端輸出uo1

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-單端輸入-單端輸出uo1

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-單端輸入-單端輸出uo2

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-單端輸入-雙端輸出uod

長尾式差放差模動態數據 表4-3

按表4-4分別測量共模動態數據計算共模放大倍數及共模抑制比，并繪制雙端輸出uo的波形于圖4-3（b）中。

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-共模輸入ui

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-共模輸入-單端輸出uo1

實驗操作 -長尾式差分放大電路動態測試-共模輸入-單端輸出uo2

長尾式差放共模動態數據 表4-4

當差模輸入信號過大時（u i =0.5V），會出現什么情況？用示波器觀察ui和uo波形，并將波形圖畫在圖4-4中。

2、恒流源差動放大電路

按圖4-1接線，將原來RP1與R8間的連線斷開，使RP1與T3集電極相連。

（1） 靜態測試

關閉信號源，拆下信號線。當輸入電壓為零時（將A、B兩端接“地”），測量并記錄恒流偏置電流I E ，其他靜態參數測量方法與前一內容相同，不必再測。

實驗操作 -恒流源式差分放大電路靜態調零

（2） 動態測試

按表4-5分別測量差模動態數據，并計算差模放大倍數。

按表4-6分別測量共模動態數據，并計算共模放大倍數及共模抑制比。

注：測試方法可參照長尾電路。僅觀察波形，不必畫波形圖。

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-ui單端輸入1KHz正弦波20mV有效值

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-單端輸入-單端輸出uo1

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-單端輸入-單端輸出uo2

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-單端輸入-雙端輸出uod

恒流源式差放差模動態數據 表4-5

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-共模輸入ui

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-共模輸入-單端輸出uo1

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-共模輸入-單端輸出uo2

實驗操作 -恒流源式差分放大電路動態測試-共模輸入-單端輸出uoc

恒流源式差放共模動態數據 表4-6

五、預習要求

（1）觀察A5實驗板電路結構圖，確定圖4-1實驗電路接線方案。

（2）理論計算靜態參數：設RP1的滑動端在中點，管子放大倍數β=50，UBE=0.7V，當輸入端A、B均接地時，計算差分電路靜態參數并將結果填入表4-1中。

（3）理論計算長尾式差動放大電路在單端輸入，雙端輸出時電壓放大倍數A d ，并將數值填入表4-2中（計算時不可忽略RP1值）。

六、實驗報告

1、整理實驗數據，比較實測數據與理論估算值，并進行誤差分析。

2、簡要說明RE及恒流源電路的作用，總結比較兩種差放電路的主要特點。

七、思考題

1、“長尾”差放的直流放大性能測試中，怎樣根據直流電壓測量數據換算出Vod1 、Voc1 ？如何確定它們的極性？

2、差放動態測試中，為什么不能用毫伏表直接測量 uod ，而必須分別測取uod1和uod2 ，再經計算得到 uod ？

3、“ CMRR ”的含義是什么？

4、輸入信號過大時，差分放大電路會出現什么情況？