差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn)

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差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告 嚴(yán)宇杰 141242069 匡亞明學(xué)院 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? （1） 進(jìn)一步熟悉差動(dòng)放大器的工作原理； （2） 掌握測(cè)量差動(dòng)放大器的方法。 2. 實(shí)驗(yàn)儀器 雙蹤示波器、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字多用表、交流毫伏表。 3. 預(yù)習(xí)內(nèi)容 （1） 差動(dòng)放大器的工作原理性能。 （2） 根據(jù)圖3.1畫出單端輸入、雙端輸出的差動(dòng)放大器電路圖。 4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)電路如圖3.1。它是具有恒流源的差動(dòng)放大電路。在輸入端，幅值大小相等，相位相反的信號(hào)稱為差模信號(hào)；幅值大小相等，相位相同的干擾稱為共模干擾。差動(dòng)放大器由兩個(gè)對(duì)稱的基本共射放大電路組成，發(fā)射極負(fù)載是一晶體管恒流源。若電路完全對(duì)稱，對(duì)于差模信號(hào)，若Q1的集電極電流增加，則Q2的集電極電流一定減少，增加與減少之和為零，Q3 和Re3等效于短路，Q1,Q2的發(fā)射極等效于無負(fù)載，差模信號(hào)被放大。對(duì)于共模信號(hào)，若Q1的集電極電流增加，則Q2的集電極電流一定增加，兩者增加的量相等，Q1、Q2的發(fā)射極等效于分別接了兩倍的恒流源等效電阻，強(qiáng)發(fā)射極負(fù)反饋使共射放大器對(duì)共模干擾起強(qiáng)衰減作用，共模信號(hào)被衰減。從而使差動(dòng)放大器有較強(qiáng)的抑制共模干擾的能力。調(diào)零電位器Rp用來調(diào)節(jié)T1,T2管的靜態(tài)工作點(diǎn)，希望輸入信號(hào)Vi=0時(shí)使雙端輸出電壓Vo=0. 差動(dòng)放大器常被用作前置放大器。前置放大器的信號(hào)源往往是高內(nèi)阻電壓源，這就要求前置放大器有高輸入電阻，這樣才能接受到信號(hào)。有的共模干擾也是高內(nèi)阻電壓源，例如在使用50Hz工頻電源的地方，50Hz工頻干擾源就是高內(nèi)阻電壓源。若放大器的輸入電阻很高，放大器在接受信號(hào)的同時(shí)，也收到了共模干擾。于是人們希望只放大差模信號(hào)，不放大共模信號(hào)的放大器，這就是差動(dòng)放大器。運(yùn)算放大器的輸入級(jí)大都為差動(dòng)放大器，輸入電阻都很大，例如LF353的輸入電阻約為1012Ω量級(jí)，0P07的輸入電阻約為107Ω量級(jí)。 本實(shí)驗(yàn)電路在兩個(gè)輸入端分別接了510Ω電阻，使差動(dòng)放大器的輸入電阻下降至略小于這一數(shù)值，這是很小的輸入電阻。其原因是，本實(shí)驗(yàn)電路用分列元件組成，電路中對(duì)稱元件的數(shù)值并不是完全相等；其集電極為電阻負(fù)載，而不是恒流源負(fù)載；其發(fā)射極為恒流源負(fù)載，而不是鏡像電流源負(fù)載，所以本實(shí)驗(yàn)電路的共模抑制比并不高。若本實(shí)驗(yàn)電路在輸入端不接510Ω電阻，其輸入電阻將較大，而共模抑制比不夠高，實(shí)驗(yàn)環(huán)境中存在的高內(nèi)阻共模干擾將進(jìn)入輸入端，那么輸出端的共模干擾將較大，以致使驗(yàn)證差動(dòng)放大器特性的實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行。由于實(shí)驗(yàn)中所用信號(hào)源都為低輸出電阻信號(hào)源，所以輸入端接上510電阻后幾乎不影響實(shí)驗(yàn)電爐接受來自信號(hào)源的信號(hào)，而高內(nèi)阻共模干擾因?qū)嶒?yàn)電路輸入電阻大大下降而基本上被拒之輸入端外，從而使得輸出端的共模干擾很小，實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行。輸入端接510Ω電阻并不改變差動(dòng)放大器的共模抑制比。 由此可見，在可以降低差動(dòng)放大器輸入電阻時(shí)，降低差動(dòng)放大器輸入電阻，可提高差動(dòng)放大器的抗高內(nèi)阻共模干擾的能力。 實(shí)驗(yàn)這弱的到教師的同意，可去掉實(shí)驗(yàn)電爐中的兩個(gè)510歐電阻，再做實(shí)驗(yàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)電路輸出端的共模干擾明顯增加。 （1） 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整與測(cè)量 將兩個(gè)輸入端Vi1、Vi2接地，調(diào)整電位器Rp使VC1=VC2，測(cè)量并填寫下表。由于元件參數(shù)的離散，有的實(shí)驗(yàn)電路可能只能調(diào)到大致相等。靜態(tài)調(diào)整的越對(duì)稱，該差動(dòng)放大器的共模抑制比就越高。 測(cè)量中應(yīng)注意兩點(diǎn)，一是所有的電壓值都是對(duì)“地”測(cè)量值。二是應(yīng)使測(cè)量的值有三位以上的有效數(shù)字。 靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整 對(duì)地電壓 VB1 VB2 VB3 VC1 VC2 VC3 VE1 VE2 VE3 測(cè)量值（V） 0 0 -7.9012 6.4711 6.4501 -0.7817 -0.63985 -0.64013 -8.5650 由以上數(shù)據(jù)可得交流放大倍數(shù)為： （2） 測(cè)量雙端輸入差模電壓放大倍數(shù) 在實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)整DC信號(hào)源，使得OUT1大約為0.1V，OUT2大約為-0.1V，然后分別接至Vi1、Vi2，再調(diào)整，使得OUT1為0.1V，OUT2為-0.1V，測(cè)量，計(jì)算并填寫下表。 雙端輸入差模電壓放大倍數(shù) 測(cè)量值（V） 計(jì)算值 VC1 VC2 VO AD1 AD2 AD 3.1555 9.7610 -6.6055 -16.58 -16.55 -33.0 仿真測(cè)量值（V） 仿真計(jì)算值 2.304 10.367 -8.063 -20.84 -19.58 -40.31 這樣做的原因是，實(shí)驗(yàn)電路的輸入端對(duì)地有510歐的電阻，實(shí)驗(yàn)箱上的可變直流電壓源是用1kΩ的可變電阻對(duì)5V、0.5V直流電壓分壓實(shí)現(xiàn)的，即直流電壓信號(hào)源內(nèi)阻于實(shí)驗(yàn)電路輸入電阻大小可比。直流電壓信號(hào)源接負(fù)載使得電壓將明顯小于未接負(fù)載時(shí)的電壓，所以必須將直流電壓信號(hào)源于實(shí)驗(yàn)電爐連接后，再把輸入電壓調(diào)到所需要的電壓值。 這里，雙端輸入差模電壓?jiǎn)味溯敵龅牟钅７糯蟊稊?shù)應(yīng)用下式計(jì)算： 差模放大倍數(shù)實(shí)驗(yàn)值與仿真值誤差為： 差模放大倍數(shù)的理論值可由以下公式計(jì)算： ， 其中 （3） 測(cè)量雙端輸入共模抑制比CMRR 將兩個(gè)輸入端接在一起，然后依次與OUT1、OUT2相連，記共模輸入為ViC。測(cè)量、計(jì)算并填寫下表。若電路完全對(duì)稱，則VC1-VC2=Vo=0，實(shí)驗(yàn)電路一般并不完全對(duì)稱，若測(cè)量值有四位有效數(shù)字，則Vo不應(yīng)等于0. 這里雙端輸入共模電壓?jiǎn)味溯敵龅墓材７糯蟊稊?shù)應(yīng)用下式計(jì)算： 建議CMRR用dB表示 測(cè)量雙端輸入共模抑制比CMRR 輸入（V） 測(cè)量值（V） 計(jì)算值 VC1 VC2 VO AC1 AC2 AC CMRR +0.1001 6.4743 6.4469 0.0247 0.032 -0.032 0.247 42.52 輸入+0.1仿真 6.327 6.327 0 0.02 -0.02 0 無窮 -0.1003 6.4917 6.4328 0.0589 0.206 -0.383 0.589 34.96 輸入—0.1仿真 6.329 6.329 0 0.04 -0.04 0 無窮 由于理想狀態(tài)下（正如仿真所得），所以共模放大倍數(shù)理論值為0，因此共模抑制比CMRR理論值為無窮。 事實(shí)上，電路不可能完全對(duì)稱，因此，共模輸入時(shí)放大器的?V 不等于0，因而 AC也不等0，只不過共模放大倍數(shù)很小而已。共模輸入時(shí)，兩管電流同時(shí)增大或減小，Re3上的電壓降也隨之增大或減小，Re3起著負(fù)反饋?zhàn)饔谩? 由此可見，Re3 對(duì)共模信號(hào)起抑制作用；Re3 越大，抑制作用越強(qiáng)。晶體管因溫度、電源電壓等變化所引起的工作點(diǎn)變化，在差動(dòng)放大器中相當(dāng)于共模信號(hào)，因此，差動(dòng)放大器大大抑制了溫度、電源電壓等變化對(duì)工作點(diǎn)的影響。 （4） 測(cè)量單端輸入差模電壓放大倍數(shù) 將Vi2接地，Vi1分別于OUT1、OUT2相連，然后再接入f=1KHz，有效值為50mV的正弦信號(hào)，測(cè)量計(jì)算并填寫下表。若輸入正弦信號(hào)，在輸出端VC1、VC2的相位相反，所以雙端輸出Vo的模是它們兩個(gè)模的和，而不是差。 單端輸入差模電壓放大倍數(shù) 輸入 測(cè)量值（V） 單端輸入放大倍數(shù)AD VC1 VC2 VO 直流+0.1V 4.8068 8.1128 -3.306 -33.06 直流-0.1V 8.1683 4.7584 3.4099 -34.10 正弦信號(hào) 0.768 0.774 1.542 30.84 仿真如下： 輸入 測(cè)量值（V） 單端輸入放大倍數(shù)AD VC1 VC2 VO 直流+0.1V 4.225 8.434 -4.209 -42.09 直流-0.1V 8.436 4.224 4.212 -42.12 正弦信號(hào) 1.06 1.06 2.12 42.4 實(shí)驗(yàn)值與仿真值的誤差為： 單端輸入的差模放大倍數(shù)理論上應(yīng)該與雙端輸入的相近，因此其理論值也是-105.4 5. 思考題 （1） 實(shí)驗(yàn)箱上的雙端輸入差動(dòng)放大器的共模抑制比不算高，若要進(jìn)一步提高共模抑制比，可采取哪些辦法？ 1） 提高差動(dòng)放大器的輸入阻抗或提高閉環(huán)增益。 2） 可以用一個(gè)晶體管恒 流源取代 Re3。因?yàn)楣ぷ饔诰€形放大區(qū)的晶體管的 Ic 基本上不隨 Vce 變化（恒流特性），所以交流 電阻=△Vce /△Ic 很大，大大提高了共模抑制比。 （2） 圖3.1中的電阻Rb1、Rb2在電路中起到什么作用，若去除上述兩個(gè)電阻，按實(shí)驗(yàn)（3）步驟和方法再測(cè)CMRR，兩次測(cè)量的結(jié)果是否會(huì)有較大差別？為什么？ 在兩個(gè)輸入端分別接了510Ω電阻，使差動(dòng)放大器的輸入電阻下降至略小于510Ω，這是很小的輸入電阻。其原因是，本實(shí)驗(yàn)電路用分列元件組成，電路中對(duì)稱元件的數(shù)值并不完全相等；其集電極為電阻負(fù)載，而不是恒流源負(fù)載；其發(fā)射極為恒流源負(fù)載，而不是鏡像電流源負(fù)載，所以本實(shí)驗(yàn)電路的共模抑制比并不高。若本實(shí)驗(yàn)電路在輸入端不接510Ω電阻，其輸入電阻將較大，而共模抑制比不夠高，實(shí)驗(yàn)環(huán)境中存在的高內(nèi)阻共模干擾將進(jìn)入輸入端，那么輸出端的共模干擾將較大，以致使驗(yàn)證差動(dòng)放大器特性的實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行。由于實(shí)驗(yàn)中所用信號(hào)源都為低輸出電阻信號(hào)源，所以輸入端接上510Ω電阻后幾乎不影響實(shí)驗(yàn)電路接收來自信號(hào)源的信號(hào)，而高內(nèi)阻共模干擾因?qū)嶒?yàn)電路輸入電阻大大下降而基本上被拒之輸入端外，從而使得輸出端的共模干擾很小，實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行。輸入端接510Ω電阻并不該變差動(dòng)放大器的共模抑制比。 去掉實(shí)驗(yàn)電路中的兩個(gè)510Ω電阻，再做實(shí)驗(yàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)電路輸出端的共模干擾明顯增加。 （3） 歸納差動(dòng)放大器的特點(diǎn)與性能，并于共射放大器比較。 電路對(duì)稱抑制零點(diǎn)漂移；對(duì)差模信號(hào)有放大作用；對(duì)共模信號(hào)有抑制作用；輸入阻抗較高；共模抑制比高；一般用來放大微小信號(hào)