1. <form id='Nv6Fzy'></form>
        <bdo id='Nv6Fzy'><sup id='Nv6Fzy'><div id='Nv6Fzy'><bdo id='Nv6Fzy'></bdo></div></sup></bdo>

          • 当前位置:首页 >> 工学 >>

            山东大学 模电实验二 作业二:差动放大器


            作业二 2 差动放大电路 电路结构对称,在理想的情况下,相对输出电压不变,从而抑制了零点漂移。 2.理论基础 学习差动放大器的基本分析计算方法。无特别指明情况下,所有晶体管 ? ? 100 , rbe ? 1k ?。 2.1 基本电路(长尾电路) 差动放大电路一旦构成,就具备了特定的交直流特性。 2.1.1 直流特性分析 合适的直流工作点是进行交流分析的前提。 分析内容: I BQ、ICQ、UCEQ或UCQ 直流分析仿真实验数据表(单入单出,接入 RL) 直流分析

            (1) I BQ ?

            U EE ? U BE ? 5.59?A R4 ? 2(1 ? ? ) R3

            (2) I CQ ? ?I BQ ? 0.56mA (3) U CC ?

            ?

            R1 U CC R1 ? RL

            ? R1 ? R1 || RL

            ? ? U CEQ ? U CC ? (?U EE ) ? I CQ R1 ? 2 I EQ R3 ? 4V
            (4) U CQ ? U CC ? I CQ RC ? 3.2V

            ?

            ?

            内容 分析数据 仿真数据 实验数据

            I BQ

            I CQ

            UCEQ

            U CQ

            5.59uA 5.16uA

            0.56mA 0.55mA

            4V 3.916V

            3.2V 3.236V

            2.1.2 交流特性分析 分析内容:差模 Au、Ai、Aus、Ri、Ro、Uopp

            Au、Ai、Aus、Ri、Ro、Uopp
            单入双出 差模

            Aud ? ?

            U od ? ( RL / 2 || R1 ) ?? ? ?167 U id rbe ? R4

            Aid ?

            I od ? 67 I id

            Aus ? Aud ? ?167
            Rid ? U id ? 2(rbe ? R 4 ) ? 4 K? ` I id

            Rod ? R1 ? R2 ? 2k?
            ? ? 3.73 Uopp ? 2Uom ? 2I CQ RL V

            单入双出 共模

            Auc ? Aic ? Aus ? 0
            1 Ric ? [rbe ? (1 ? ? )2 R3 ? R4 ] ? 1011 K? 2

            Roc ? R1 ? R2 ? 20K?

            单入单出 差模

            Aud ? Aus ? ?

            U od 1 ? ( RL || R1 ) ?? ? ?125 U id 2(rbe ? R4 )

            Rid ?

            U id ? 2(rbe ? R 4 ) ? 4 K? I id

            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?50 I id Rod

            ? ? 5.6V Uopp ? 2Uom ? 2ICQ RL

            单入单出 共模

            Auc ? Aus ? ?

            ? ( R1 || RL ) ? ?0.247 rbe ? R4 ? 2(1 ? ? ) R3

            1 Ric ? [rbe ? (1 ? ? )2 R3 ? R4 ] ? 1011 K? 2

            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?25 I id Rod

            共模拟制比 KCMR

            KCMR ?

            Aud ? 506 Auc
            附:1.直流参数分析方法(公式) 2. 交流参数分析方法(公式)

            首先,接入负载 RL 和信号源,然后,进行如下分析计算 分析数据(分析右图数据填入下表)单入双出 内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容 分析数据 仿真数据 实验数据
            KCMR

            Aud
            -167 -167

            Rid
            4KΩ 4KΩ

            Rod
            20KΩ 19.98KΩ

            Auc
            0 0

            Ric
            1.01MΩ 1.68MΩ +?

            Roc
            20KΩ 20KΩ

            分析数据(分析右图数据填入下表)单入单出 内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容

            Aud
            -125 -125

            Rid
            4KΩ 4KΩ

            Rod
            10KΩ 10KΩ

            Auc

            Ric

            Roc

            分析数据 仿真数据 实验数据
            KCMR

            -0.247 -0.247

            1.01MΩ 1.68MΩ 506

            10KΩ 10KΩ

            用上述分析方法和内容分析下面电路(分别连接正确连接负载和输入信号,构成完整电路) 2.2 具有平衡电位器的差动放大电路

            直流分析

            I BQ ?

            U EE ? U BE ? 5.58?A R4 ? 2(1 ? ? ) R3 ? ?R6 / 2

            I CQ ? ?I BQ ? 0.56mA
            ? U CC ? R1 U CC R1 ? RL

            ? R1 ? R1 || RL

            ? ? U CEQ ? U CC ? (?U EE ) ? I CQ R1 ? 2 I EQ R3 ? 4V ? ? U CQ ? U CC ? I CQ RC ? 3.2V

            内容 分析数据 仿真数据 实验数据

            I BQ

            I CQ

            UCEQ

            U CQ

            5.58uA 5.57uA

            0.56mA 0.58mA

            4V 3.85V

            3.2V 3.1V

            单入双出 差模

            Aud ? ?

            U od ? ( RL / 2 || R1 ) ?? ? ?47.6 U id rbe ? R4 ? ?R6 / 2

            Aid ?

            I od ? 67 I id

            Aus ? Aud ? ?47.6
            Rid ? U id ?( 2 rbe ? R4 ? ?R6 / 2) ? 14K? I id

            Rod ? R1 ? R2 ? 20k?
            ? ? 3.73 Uopp ? 2Uom ? 2I CQ RL V

            单入双出 共模

            Auc ? Aic ? Aus ? 0
            1 Ric ? [rbe ? (1 ? ? )2 R3 ? R4 ? (1 ? ?)R6 / 2] ? 1013 .5K? 2

            Roc ? R1 ? R2 ? 20K?
            ? ? 3.73 Uopp ? 2Uom ? 2I CQ RL V

            单入单出 差模

            Aud ? Aus ? ?

            U od 1 ? ( RL || R1 ) ?? ? ?35.7 U id 2(rbe ? R4 ? ?R 6 / 2)

            Rid ?

            U id ? 2(rbe ? R 4 ? ?R6 / 2) ? 14K? I id

            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?50 I id Rod

            ? ? 5.6V Uopp ? 2Uom ? 2ICQ RL

            单入单出 共模

            Auc ? Aus ? ?

            ? ( R1 || RL ) ? ?0.247 rbe ? R4 ? 2(1 ? ? )(R3 ? R6 / 2)

            1 Ric ? [rbe ? (1 ? ? )2 R3 ? R4 ? (1 ? ?)R6 / 2] ? 1013 .5K? 2

            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?50 I id Rod

            ? ? 5.6V Uopp ? 2Uom ? 2ICQ RL

            KCMR ?

            Aud ? 143 Auc

            分析数据(分析右图数据填入下表)单入双出 内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容 分析数据 仿真数据 实验数据
            KCMR

            Aud
            -47.6 -47.3

            Rid
            14KΩ 14KΩ

            Rod
            20KΩ 19.99K

            Auc
            0 0

            Ric
            1.01MΩ 1.67MΩ +?

            Roc
            20KΩ 20KΩ

            分析数据(分析右图数据填入下表)单入单出 内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容 分析数据 仿真数据

            Aud
            -35.7 -35.6

            Rid
            14KΩ 14KΩ

            Rod
            10KΩ 10KΩ

            Auc
            -0.247 -0.25

            Ric
            1.01MΩ 1.61MΩ

            Roc
            10KΩ 10KΩ

            实验数据
            KCMR

            143

            2.3 恒流源偏置的差动放大电路 1(忽略恒流源内阻)

            恒流源分析

            R' ? 5K? U ' ? 0V
            直流分析

            I?

            ? (U '?(?U EE )) ? 1m A R6 ? (1 ? ? ) R7

            ICQ ? I / 2 ? 0.5mA
            I BQ ? I CQ ? 5?A

            ?

            ? U CC ?

            R1 U CC R1 ? RL

            ? R1 ? R1 || RL

            ? ? U CEQ ? U CC ? (U E ) ? I CQ R1 ? 4.2V ? ? U CQ ? U CC ? I CQ RC ? 3.5V
            内容 分析数据 仿真数据 实验数据
            I BQ
            I CQ

            UCEQ

            U CQ

            5uA 4.607uA

            0.5mA 0.487mA

            4.2V 4.281V

            3.5V 3.563V

            单入双出 差模

            Aud ? ?

            U od ? ( RL / 2 || R1 ) ?? ? ?167 U id rbe ? R4

            Aid ?

            I od ? 67 I id

            Aus ? Aud ? ?167
            Rid ? U id ? 2(rbe ? R 4 ) ? 4 K? I id

            Rod ? R1 ? R2 ? 2k?
            ? ? 3.73 Uopp ? 2Uom ? 2I CQ RL V

            单入双出 共模

            Auc ? Aic ? Aus ? 0

            Ric ? ?
            Roc ? R1 ? R2 ? 20K?

            单入单出 差模

            Aud ? Aus ? ?

            U od 1 ? ( RL || R1 ) ?? ? ?125 U id 2(rbe ? R4 )

            Rid ?

            U id ? 2(rbe ? R 4 ) ? 4 K? I id

            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?50 I id Rod

            ? ? 5.6V Uopp ? 2Uom ? 2ICQ RL

            单入单出 共模

            Auc ? Aus ? ? Ric ? ?
            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?50 I id Rod

            ? ? 5.6V Uopp ? 2Uom ? 2ICQ RL

            分析数据(分析右图数据填入下表)单入双出 内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容 分析数据 仿真数据 实验数据
            KCMR

            2. 交流参数分析方法(公式)

            Aud
            -167 -167

            Rid
            4KΩ 4KΩ

            Rod
            20KΩ 19.98KΩ

            Auc
            0 0

            Ric
            +? +? +?

            Roc
            20KΩ 20KΩ

            分析数据(分析右图数据填入下表)单入单出 内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容 分析数据 仿真数据 实验数据
            KCMR

            Aud
            -125 -125

            Rid
            4KΩ 4KΩ

            Rod
            10KΩ 10KΩ

            Auc
            0 0

            Ric
            +? +? +?

            Roc
            10KΩ 10KΩ

            2.4 恒流源偏置的差动放大电路 2(考虑到恒流源内阻)

            恒流源分析

            R' ? 5K? U ' ? 0V

            I?

            ? (U '?(?U EE )) ? 1m A RB ? R8 || R6 rce ? U A / I CQ R6 ? (1 ? ? ) R7

            R0 ? rce (1 ?
            直流分析

            ?R3
            rbe ? R3 ? RB

            ) ? 6.35M?

            ICQ ? I / 2 ? 0.5mA
            I BQ ? I CQ ? 5?A

            ?

            ? U CC ?

            R1 U CC R1 ? RL

            ? R1 ? R1 || RL

            ? ? U CEQ ? U CC ? (U E ) ? I CQ R1 ? 4.2V ? ? U CQ ? U CC ? I CQ RC ? 3.5V
            内容 分析数据 仿真数据 实验数据
            I BQ
            I CQ

            UCEQ

            U CQ

            5uA 5.01uA

            0.5mA 0.534mA

            4.2V 4.051V

            3.5V 3.327V

            单入双出 差模

            Aud ? ?

            U od ? ( RL / 2 || R1 ) ?? ? ?167 U id rbe ? R4

            Aid ?

            I od ? 67 I id

            Aus ? Aud ? ?167
            Rid ? U id ? 2(rbe ? R 4 ) ? 4 K? I id

            Rod ? R1 ? R2 ? 2k?
            ? ? 3.73 Uopp ? 2Uom ? 2I CQ RL V

            单入双出 共模

            Auc ? Aic ? Aus ? 0 Roc ? R1 ? R2 ? 20K?

            单入单出 差模

            Aud ? Aus ? ?

            U od 1 ? ( RL || R1 ) ?? ? ?125 U id 2(rbe ? R4 )

            Rid ?

            U id ? 2(rbe ? R 4 ) ? 4 K? I id

            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?50 I id Rod

            ? ? 5.6V Uopp ? 2Uom ? 2ICQ RL

            单入单出 共模

            Roc ? R1 ? 10K?
            Aid ? I od R ? Aud id ? ?50 I id Rod

            ? ? 5.6V Uopp ? 2Uom ? 2ICQ RL

            分析数据(分析右图数据填入下表)单入双出 内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容 分析数据 仿真数据 实验数据
            KCMR

            Aud
            -167 -166.7

            Rid
            4KΩ 4KΩ

            Rod
            20KΩ 19.98KΩ

            2. 交流参数分析方法(公式) 分析数据(分析右图数据填入下表)单 入单出

            Auc
            0 0

            Ric
            64135050 0Ω 64135050 0Ω +?

            Roc
            20KΩ 20KΩ

            内容 分析数据 仿真数据 实验数据 内容 分析数据 仿真数据 实验数据

            Aud
            -125 -125

            Rid
            4KΩ 4KΩ

            Rod
            10KΩ 10KΩ

            Auc
            0.00039 37 0.00038 95

            Ric
            64135050 0Ω 64135050 00Ω

            Roc
            10KΩ 10KΩ

            KCMR

            320924.3

            实验 2.1 实验目的

            1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

            熟悉差动放大器的工作原理(熟练掌握差动放大器的静态、动态分析方法) 加深对差动放大器性能及特点的理解 学习差动放大电路静态工作点的测量 学习差动放大器主要性能指标的测试方法 熟悉恒流源的恒流特性 通过对典型差动放大器的分析,锻炼根据实际要求独立设计基本电路的能力 练习使用电路仿真软件,辅助分析设计实际应用电路 培养实际工作中分析问题、解决问题的能力

            2.2 实验仪器及备用元器件 (1)实验仪器 序号 1. 2. 3. (2)实验备用器件 序号 1. 2. 3. 4. 名称 三极管 电阻 电容 连接线 说明 差分对管/组合管 若干 若干 备注 需要选对管(?相近) 名称 数字示波器 数字万用表 模拟实验板 型号 Agilent DSO-X 2002A 备注 具有函数信号发生器 可以测试? ±12V 直流电源

            2.3 实验概述 差动放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路,由典型的工作点稳定电路演变而来。 为 进一步减小零点漂移问题而使用了对称晶体管电路,以牺牲一个晶体管放大倍数为代价获取了低零漂的效 果。它还具有良好的低频特性,可以放大变化缓慢的信号,由于不存在电容,可以不失真的放大各类非正 弦信号如方波、三角波等等。差动放大电路有四种接法:双端输入单端输出、双端输入双端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。 由于差动电路分析一般基于理想化(不考虑元件参数不对称),因而很难作出完全分析。为了进一步 抑制零漂,提高共模抑制比,可以用恒流源电路来代替一般电路中的 Re,它的等效电阻极大,从而在低电

            压下实现了很高的零漂抑制和共模抑制比。 2.4 电路原理 2.4.1. 基本差动放大器 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。 1.直流分析、仿真、实验数据 2.交流分析、仿真、实验数据 2.4.2. 具有平衡电位器的差动放大器 1.直流分析、仿真、实验数据 2.交流分析、仿真、实验数据 2.4.3. 具有恒流源的差动放大器 1.直流分析、仿真、实验数据 2.交流分析、仿真、实验数据 附件:静态分析(工作点的估算) 静态时差动放大器的输入端不加信号。 (A)典型电路

            IE ?

            VEE ? VBE RE
            1 IE 2

            (认为 Vs1 ? Vs 2 ? 0 )

            I C1 ? I C 2 ?
            (B)恒流源电路

            IC 3 ? I E 3

            R2 (VCC ? VEE ) ? VBE R1 ? R2 ? RE 3
            1 IC 3 2

            I C1 ? I C1 ?

            3、动态分析(交流参数指标计算) (1) 差模电压放大倍数 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 A? d 由输出端方式决定, 而与输入方式无关。 双端输入一双端输出时: RE =∞, RP 在中心位置,差动放大器的差模电压增益为

            Aud ?

            Vo ? RC ?? 1 Vi RB ? rbe ? (1 ? ? ) RP 2

            Ri ? 2[ RB ? rbe ? (1 ? ? ) RP ]
            Ro ? 2RC
            双端输入-单端输出时,电压增益为

            Aud 1 ?

            Vo1 1 ? Aud Vi 2 Vo 2 1 ? ? Aud Vi 2

            Aud 2 ?

            Ri ? 2[ RB ? rbe ? (1 ? ? ) RP ]
            Ro ? RC
            (2) 共模电压放大倍数 对于共模信号,设差动放大器的两个输入端同时加上大小相等 , 极性相同的两个信号即

            Vic ? Vi1 ? Vi 2
            单端输出时,共模电压增益

            Auc1 ? Auc 2 ?

            Voc1 ?? RC R ? ?? C 1 Vic 2RE RB ? rbe ? (1 ? ? )( RP ? 2RE ) 2

            1 Ri ? 2[ RB ? rbe ? (1 ? ? )( RP ? 2 RE ] 2

            Ro ? RC
            共模电压增益 A? c <1,共模信号得到了抑制。 双端输出时,在电路完全对称的理想情况下,输出电压 Voc1 ? Voc 2 , 共模增益为

            Auc ?

            Voc ?0 Vic

            上式说明,双端输出时,差动电路对零点漂移,电源电压的波动等干扰信号有很强的抑制能力。实际 上由于元件不可能完全对称,因此 A? c 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

            KCMR ?

            Aud Auc



            KCMR ? 20Log

            Aud ? dB ? Auc

            差动放大器的输入信号可以是直流信号也可以是交流信号。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。 六、实验步骤及过程 特别注意:搭建和调整电路过程中不能带电作业 1. 检查实验仪器设备 2. 检测元器件和导线,排除具有接触不良和断路的导线。 3. 检查实验电路图 4. 搭建实验电路直流通路,测量静态工作点并记录调试过程。 5. 搭建完整实验电路,接入信号源,测量交流参数。 6. 按照对放大器性能指标的要求对电路元器件作相应的调整 七、实验内容(根据课时,部分选做。AB 必做,CD 选做。) 根据差动放大器的工作原理, 合理选择元器件, 用 NPN 型三极管设计出以下几种指定的差动放大电路, 以求满足相应的性能指标要求: A. 具有发射极调零电阻的基本差动放大电路 ? 输入信号:正弦波交流信号,有效值: 100mV;频率:1kHz。 ? 供电电压:+12V,-12V ? 输出端带有 10kΩ 的负载 ? 单端输出差模增益:不小于 30 ? 单端输出共模增益:不大于 1/2 ? 输入与输出反相 ? 保证信号不失真放大。 实验结果 直流参数实验结果(参考作业中使用的表格) 交流参数实验结果(参考作业中使用的表格) B. 发射极接有恒流源的差动放大电路 ? 输入信号:正弦波交流信号,有效值: 100mV;频率:1kHz。 ? 供电电压:+12V,-12V ? 输出端带有 10kΩ 的负载 ? 单端输出差模增益:不小于 30 ? 单端输出共模增益:接近于零 ? 输入与输出同相 ? 保证信号不失真放大。 实验结果 直流参数实验结果(参考作业中使用的表格)

            交流参数实验结果(参考作业中使用的表格) C. 前级为发射极接有恒流源的差动放大电路, 后级为共发射极放大电路的多级放大器, 且前后级之 间引入电压串联负反馈 ? 输入信号:正弦波交流信号,频率:1kHz。 ? 供电电压:+12V,-12V ? 输出端带有 10kΩ 的负载 ? 前级差动为单端输出, 总电压增益: 不小于 200 ? 输入与输出反相 ? 保证信号不失真放大。 D. 前级为发射极接有恒流源的差动放大电路,后级为能够 克服交越失真的互补对称射级输出的两级放大电路 (自行设 计,参考网络) ? 输入信号:正弦波交流信号,有效值: 100mV;频率:1kHz。 ? 供电电压:+12V,-12V ? 输出端带有 10kΩ 的负载 ? 保证信号不失真放大。 根据理论和上述指标要求设计电路图,并写出公式,计算出电路中各个元件的参数。 八、数据整理分析 在掌握理论知识的基础上,通过对实验数据的深入客观分析,有助于锻炼学生今后的实际工作能力。 现阶段分析内容侧重于元器件参数对电路直流工作状态的影响;元器件参数对 交流参数的影响。只有掌 握了元器件参数和电路参数之间的内在关系,才能搭建出性能指标优良的实用电路。 九、实际问题分析与研究 (1)电路配置对交流指标的影响分析 ① 改变调零电阻阻值的量级,分析调零电阻阻值的大小对差模增益的最终影响。 ② 分析三极管的β 值是否对差模增益有较大影响。 (2)由于考虑不周,在实验过程中遇到的电路设计错误及其分析,并详略得当的予以阐述。 (3)模型电路在实际应用环境下的问题考虑 ① 观察温漂现象,首先调零,使 VC1 ? VC 2 ,然后用电吹风吹、热水袋或者其他安全的加热方法加 热三极管 T1、T2,观察双端及单端输出电压的变化现象。 ② 电路中保护电路是否齐全,在部分元件出现断路或烧毁情况下,对其余电路的保护措施是否到 位。 实验总结 (1)设计中遇到的问题及解决过程; (2)调试中遇到的问题及解决过程; (3)根据设计技术指标及实验记录总结实验体会。


            相关文章:
            山东大学 模电实验 实验一:单极放大器_图文
            山东大学 模电实验 实验一:单极放大器_工学_高等教育_教育专区。山大信息学院...模电实验4 差分放大器 5页 免费 差动放大器模电实验 5页 免费 ©...
            更多相关标签: