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            模电实验五 差动放大器


            实验五 差动放大器
            一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 图 5-1 是差动放大器的基本结构。 它由两个元件参数相同的基本共射放 大电路组成。当开关 K 拨向左边时,构成典型的差动放大器。调零电位器 RP 用来调节 T1、 2 管的静态工作点, T 使得输入信号 Ui=0 时, 双端输出电压 UO=0。 RE 为两管共用的发射极电阻, 它对差模信号无负反馈作用,因而不影响差模 电压放大倍数,但对共模信号有较强的负反馈作用,故可以有效地抑制零漂, 稳定静态工作点。

            图 5-1 差动放大器实验电路

            当开关 K 拨向右边时,构成具有恒流源的差动放大器。 它用晶体管恒流
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            源代替发射极电阻 RE,可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。 1、静态工作点的估算 典型电路 IE ≈ U EE ? U BE (认为 UB1=UB2≈0) RE
            1 IC1 = IC2 = IE 2 恒流源电路 R2 (U CC + U EE )? U BE R1 + R 2 IC3 ≈ IE3 ≈ R E3 1 IC1 = IC1 = IC3 2 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻 RE 足够大,或采用恒流源电路时,差模电压放大 倍数 Ad 由输出端方式决定,而与输入方式无关。 双端输出: RE=∞,RP 在中心位置时, △U O βR C Ad = =? 1 △Ui R B + rbe + (1 +β)R P 2

            单端输出
            A d1 = △U C1 1 = Ad △U i 2 △U C2 1 = ? Ad △U i 2

            A d2 =

            当输入共模信号时,若为单端输出,则有
            A C1 = A C2 = △U C1 ?βR C R = ≈? C △U i R + r +(1 +β)( 1 R + 2R ) 2R E B be P E 2
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            若为双端输出,在理想情况下
            AC = △U O =0 △U i

            实际上由于元件不可能完全对称,因此 AC 也不会绝对等于零。 3、 共模抑制比 CMRR

            为了表征差动放大器对有用信号(差模信号)的放大作用和对共模信号的 抑制能力,通常用一个综合指标来衡量,即共模抑制比

            CMRR =

            Ad Ac

            或 CMRR = 20Log

            Ad (dB ) Ac

            差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。本实验由函数 信号发生器提供频率 f=1KHZ 的正弦信号作为输入信号。 三、实验设备与器件 1、±12V 直流电源 3、双踪示波器 5、直流电压表 2、函数信号发生器 4、交流毫伏表 6、模电实验箱

            四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 按图 5-1 连接实验电路,开关 K 拨向左边构成典型差动放大器。 1) 测量静态工作点 ①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端 A、B 与地短接,接通±12V 直流电源,用 直流电压表测量输出电压 UO,调节调零电位器 RP,使 UO=0。 调节要仔细,力 求准确。 ②测量静态工作点 零点调好以后,用直流电压表测量 T1、T2 管各电极电位及射极电阻 RE 两端
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            电压 URE,记入表 5-1。 表 5-1 UC1(V) 测量值 UB1(V) UE1(V) UC2(V) UB2(V) UE2(V) URE(V)

            IC(mA) 计算值

            IB(mA)

            UCE(V)

            2) 测量差模电压放大倍数 断开直流电源,将函数信号发生器的输出端接放大器输入 A 端,地端接放 大器输入 B 端构成单端输入方式,调节输入信号为频率 f=1KHz 的正弦信号, 并使输出旋钮旋至零, 用示波器监视输出端(集电极 C1 或 C2 与地之间) 。 接通±12V 直流电源,逐渐增大输入电压 Ui(约 100mV) ,在输出波形无失 真的情况下,用交流毫伏表测 Ui,UC1,UC2,记入表 5-2 中,并观察 ui,uC1, uC2 之间的相位关系及 URE 随 Ui 改变而变化的情况。 3) 测量共模电压放大倍数 将放大器 A、 短接, B 信号源接 A 端与地之间, 构成共模输入方式, 调 节输入信号 f=1kHz,Ui=1V,在输出电压无失真的情况下,测量 UC1, UC2 之值 记入表 5-2,并观察 ui, uC1, uC2 之间的相位关系及 URE 随 Ui 改变而变化的情 况。 表 5-2 典型差动放大电路 单端输入 共模输入 具有恒流源差动放大电路 单端输入 共模输入

            Ui

            100mV

            1V

            100mV

            1V

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            UC1(V)

            UC2(V)
            A d1 = U C1 Ui U0 Ui U C1 Ui U0 Ui

            /

            /

            Ad =

            /

            /

            A C1 =

            /

            /

            AC =

            /

            /

            CMRR =│

            A d1 │ A C1

            2、具有恒流源的差动放大电路性能测试 将图 5-1 电路中开关 K 拨向右边,构成具有恒流源的差动放大电路。重 复内容 1-2)、1-3)的要求,记入表 5-2。 五、实验总结 1、 整理实验数据,列表比较实验结果和理论估算值,分析误差原因。 1) 2) 3) 静态工作点和差模电压放大倍数。 典型差动放大电路单端输出时的 CMRR 实测值与理论值比较 典型差动放大电路单端输出时 CMRR 的实测值与具有恒流源的差动放

            大器 CMRR 实测值比较。 2、 比较 ui,uC1 和 uC2 之间的相位关系。 3、 根据实验结果,总结电阻 RE 和恒流源的作用。
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