具有恒流源的单端输入——单端输出差分放大器设计

华中科技大学电子线路设计实验报告
专业自动化班级
日期2010.4.30 成绩
实验组别19 第次实验
学生姓名（签名）指导教师（签名）设计课题：具有恒流源的单端输入——单端输出差分放大器设计
一、已知条件
1.+V CC=+12V
2.R L=2kΩ
3.V i=10mV(有效值)
4.R s=50Ω
二、性能指标要求
A V＞30
Ri＞2kΩ
Ro＜3kΩ
fL＜30Hz
fH＞500kHz
电路稳定性好。

三、电路工作原理
电路图：
电路工作原理描述
采用分压式电流负反馈偏置电路，以稳定电路的Q点，原理：利用电阻RB1,RB2的分压固定基极电位VBQ，当满足条件I1>>IBQ时，如果环境温度升高，ICQ↑→VEQ↑→VBE↓→VBQ↓→ICQ↓，结果抑制ICQ变化。

电路设计过程：
选定VBQ ，VBQ=3~5V,或(1/3~1/5)VCC ； 选定ICQ ，并确定RE ；
ICQ=0.5~2mA,RE=VEQ/ICQ;
选定I1, I1=（5~10） IBQ ，根据I1和VBQ 计算RB1，RB2；
计算RC ； RC 受到A V 与RO 的限制； 检查，修正参数；
根据对FL ，FH 的要求，选择电容CB 、CC 和CE
测得β=225；
由A V > 30, Ri > 2 k Ω, Ro < 3 k Ω, fL < 30 Hz
由1660
26)
1(200=++≈E
be I mV
r β,得 IE =3mA 取V EQ =2.4V;
R E =V EQ /I CQ 取1.2K Ω; R B2=V BQ /I 1 取37K Ω;
R B1=(Vcc-V BQ )/I 1 取30K Ω;
)
(21
)
10~3(be s L B r R f C +>π 取 CB = 22 uF
F
R R f Cc L c L μπ11.24~23.7)
(21
)
10~3(=+> 取 CC =22 uF
F
r R R f C be S E L E μβ
π1030~343)
1//
(21
)
3~1(=++> 取 CE = 470 uF
参数计算结果；
Rb1=30k Ω , Rb2=37k Ω , Rc=1k Ω , Re=1.2 k Ω , Cb=Cc=22 uF , Ce=470 uF
四、 电路仿真结果与分析 1. 仿真所得静态工作点如下：
2. 输入输出瞬时波形 输入波形
20mV
(1.2500m,13.809m)
0V
(1.7500m,-13.817m)
-20mV
0s0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms 3.5ms 4.0ms V(VI)
Time
输出波形
1.0V
(742.958u,561.339m)
0V
(1.2430m,-570.536m)
-1.0V
0s0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms 3.5ms 4.0ms V(V0)
Time
3. 频率特性曲线
Frequency
10Hz 100Hz
1.0KHz 10KHz
100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz
DB(V(V0)/V(VI))
2025
30
35
(27.148M,29.245
(24.296,29.254)(13.197K,32.279)
图与必要的分析解释文字；
可以看出增益为32.279
带宽为24.298Hz 到27.148MHz
4. 输入电阻曲线
6.0K
4.0K
(5.8653K,2.2800K)
2.0K
10Hz100Hz 1.0KHz10KHz100KHz 1.0MHz10MHz100MHz V(V1:+) / I(V1)
Frequency
可以看出输入电阻为2.28kΩ
5.输出电阻曲线
1.5K
(8.8130K,1.0282K)
1.0K
0.5K
10Hz100Hz 1.0KHz10KHz100KHz 1.0MHz10MHz100MHz V(V1:+) / I(V1)
Frequency
输出电阻为1.028kΩ
五、实验总结
加负反馈与否对电路的稳定性有很大的影响，虽然不加负反馈可以使电路的失真调节到相对较小的程度，但是加了负反馈以后可以大大减小调节电路参数的工作量，很快使电路达到近于零失真。

但反馈电阻不能过大，否则会影响增益。

Q点的选择十分重要，不能过高或过低，否则会产生饱和失真或截止失真，所以基极电阻的比例大小和射极电阻的大小要调节好。

六、实验思考题及解答
1、测量放大器静态工作点时，如果测得VCEQ <0.5V，说明三极管处于什么工作状态？如果VCQ ≈VCC ，三极管又处于什么状态？
解答：若VCEQ <0.5V<1V，则三极管处于饱和区
若VCQ ≈ VCC ， 则ICQ ≈0，三极管处于截止区
2、加大输入信号Vi 时，输出波形可能会出现哪几种失真？分别是由于什么原因引起的？ 解答：第一种：饱和失真：Q 点偏高，IBQ 偏大，Rb1 / Rb2 的比值偏小或Re 偏小 第二种：截止失真：Q 点偏高，IBQ 偏小，Rb1 / Rb2 的比值偏大或Re 偏大
第三种：饱和失真且截止失真，最主要原因是Vi 本身偏大 3、影响放大器低频特性fL 的因素有哪些？采取什么措施使fL 降低？为什么？ 解答：
)(21
11be s L r R C f +=
π ，其中
e
b e
b C C C C C ++=
)1(1β，
)
(21
2L
C
c
L R R C f +=
π,所以，要降低fL ，则增大Cb , Ce , Cc , rbe , RC 4、提高电压增益Av 会受到哪些因素限制？
采取什么措施较好？为什么？
解答：e
be
L C be
b b s
be
b b v R r R R r R R R r R R A )1()
//(////////2
1
21ββ++-∙
+=
，所以要提高Av ，可以选择适度提高Rb1 , Rb2 , RC , 适度降低Re 和rbe 。

5、一般情况下，实验调整后的放大器的电路参数与设计计算值都会有差别，为什么？ 解答：第一、因为计算中采用的模型本身已经取了近似，不是精确模型
第二、计算过程中某些量被忽略，如1+β中的1.
第三、实验中加入了一些模拟干扰的因素
6、某同学在做有反馈的单管共射放大电路实验是，测量的静态工作点为：VBQ =5.2V ，VEQ =4.5V ，VCQ =6V 。

试问：
⑴当输入正选信号vi =10mv(有效值)、电路增益Av =30 时，电路的静态工作点是否合适？为什么？
解答：由于VCE =1.5V ，而Av ×vim
=0.4242V，vcemin = VCE - Av ×vim =1.0758V，有可能出现饱和失真，所以工作点有点偏高。

⑵当输入信号的幅值加大时，会出现什么失真？
解答：饱和失真。

7、测量放大器性能指标Ri、Ro、Av 以及BW时，是用晶体管毫伏表或示波器分别测量输入、输出电压，而不是用万用表测量，为什么？
解答：因为万用表测得的是有效值，而不是峰峰值，而且万用表精度偏差。

8、测量输入电阻Ri 及输出电阻Ro 时，为什么测试电阻R 要与Ri 或Ro 相接近？
解答：因为这样可以避免R过大或过小造成测量相对误差以及计算中舍入相对误差偏大，这样精度更高。

9、调整静态工作点时，RB1 要用以固定电阻与点位器相串联，而不能直接用电位器，
为什么？
解答：第一、这样电位器造成的相对误差小，静态工作点更稳定
第二、避免电位器为0时，直接将基极和直流电源短接。

造成输入电阻为0.
10、用实验说明图5.1.9所示电流串联负反馈电路，改善了放大器的哪些性能？为什么？
解答：有负反馈电路，使得失真大大减小，静态工作点更稳定。

因为利用电阻RB1,RB2的分压固定基极电位VBQ，当满足条件I1>>IBQ时，如果环境温度升高，ICQ ↑→VEQ↑→VBE↓→VBQ↓→ICQ↓，结果抑制ICQ变化。