三极管差动放大器分析

一、实验目的
设计三极管差动放大器，要求如下：
1、差分输入电压Vid ≤100mV ；
2、要求放大电路增益≥20dB ；
3、3dB 带宽10Hz~1MHz ；
4、尽可能提高共模拟制比(KCMR)。

二、实验原理
差动放大器的工作原理 1、Tr1、Tr2发射极电流的和为定值
如图1所示，假设Tr1、Tr2完全相同，当没有输入信号时，各自的发射极电流Ie1、Ie2相同，且均为恒流源Tr3的发射极电流的一半。

当在输入1加电压时，Ie1增加ΔIe ，由于Ie1+Ie2被恒流源Tr3控制，故Ie2减小ΔIe ，即Ie1与Ie2具有相同的变化量，只是增减方向不同。

2、对输入信号的差进行放大
该电路的输出是以集电极电流（=发射极电流）的变化量、以集电极电阻上的压降取出的。

ΔIe 是由Tr1与Tr2的Vbe 的差值决定的，当两个输入信号相同时，Tr1与Tr2的Vbe 相同，两者之差为零，因而没有输出。

当两个输入信号不同时，Ie1与Ie2的变化量大小相等、方向相反，因而Vo1与Vo2是振幅相同、相位相反的信号。

故差动放大器电路仅对两个输入信号的差进行放大,不放大相同的输入信号，因而可以起到抑制温漂的作用。

3、差动放大器的增益
差动放大器的输入有单端输入、双端输入两种形式，输出也有单端输出、双端输出两种形式。

双端输出的增益为：
单端输出的的增益为：
即单端输出增益为双端输出的一半。

E
C
V R R A =
E
C V R R A 2=
图1 差动放大器原理图
可见差动放大器的增益与单管共射放大的增益相同，增加了一只管子并没有
增大增益，但很好地抑制了温漂。

三、实验过程
1、差动放大器的设计
(1)、确定电源电压
差分输入电压Vid≤100mV，放大电路增益≥20dB，即10倍，因为实际增益总小于理论计算值，故将理论计算的增益定位20倍，最大输出电压为100mV×20=2V。

差动放大器的电源电压要比最大输出电压加上作为恒流源工作的Q3的发射极电阻R6上的压降的值还要大。

为了使Q1、Q2的基极电压为0V，去掉输入侧的耦合电容，使电路简单化，故采用±5V的双电源。

(2)、确定Q1、Q2的工作点
Tr1、Tr2的集电极电流一般为0.1至数毫安。

在这里设为1mA，则恒流源Tr3的发射极电流设定在2mA。

令Re3上的压降为2V,电流流过2mA，所以
(3)、恒流源的设计 为了使Re3上的压降为2V,设Vbe 为0.6V ，则R2上的压降为2.6V ，所以R1上的压降为7.4V 。

为了使Tr3上的基极电流可以忽略，则在R1、R2上流过的电流有必要比基极电流大10倍以上。

如果设β=100，则Tr3的基极电流为
所以流过R1、R2的电流为0.2mA 。

(4)、确定Rc1、Rc2、Re1、Re2
由于Tr1、Tr2基极电位被Rb1、Rb2偏置在0V ，因此，Ve1=Ve2=-0.6V 。

如将Rc1、Rc2的压降设定在Ve1(Ve2)与正电源的中点附近，就能获得最大输出电压，即Rc1、Rc2的压降为2.2V 。

由于集电极电流设定在1mA ，所以
增益设定为20倍，所以
可令，Rc1=Rc2=2k Ω，Re1=Re2=51Ω。

(5)、确定Rb1、Rb2
Rb1、Rb2决定了输出电阻，也有将Tr1、Tr2的基极电位偏置在0V 的作用。

取Rb1=Rb2=10k Ω即可。

(6)、确定C1、C2
C1、C2起到隔直的作用，可取C1=C2=10μF 。

(7)、确定三极管的型号
S9018的参数符合要求，且频率特性较好，故三只管子都用S9018。

为了很好地抑制温漂，Tr1、Tr2的参数应严格一致，电阻规格也应严格一致。

＝１ｋΩ
２ｍＡ
２Ｖ
=
3e R mA 02.0100
mA
23==
B I Ω
Ω
k 13mA 2.0V 6.2k 36mA 2.0V
4.721====
R R Ωk 2.2mA
1V
2.211==
+e c R R 2021
1
==
e c V R R A
表2 差动放大器元件清单
2、差动放大器的仿真结果
仿真软件Multisim 元件库中没有S8050这种型号的三极管，故用2N5551代替
元件名称 位 号 型 号
规 格 数 量 电阻 R1、R2、R3、R4
10k Ω
4
电阻 R6 3.3k Ω 1 电阻 R7 22k Ω 1 电阻 R8 5.1k Ω 1 电位器 R5 1k Ω 1 电解电容 C1、C2
10μF 2 三极管
Q1、Q2、Q3
S8050
3
四、实验结果
电路图
1kHZ Vp-p=100mV 双入端输入双端出波形
1MHZ Vp-p=100mV 双入端输入双端出波形
频率特性
3db点2HZ—3.5MHZ
实验数据
输入100mv
输出（v)
10hz 100Hz 200Hz 300Hz 600Hz 650Hz 700Hz 800Hz VPP： 1.02 1.01 1.03 . 1.02 1.03 1.04 1.03 1.02
900Hz 1K 1.1k 1.2K 1.3k 2k 3k 4K VPP: 1.04 1.03 1.02 1.02 1.01 1.04 1.02 1.03
5K 20K 50K 100k 150k 200k 300k 400k
VPP: 1.00 1.02 1.01 1.03 1.02 1.04 1.05 1.01
450k 500k 600k 700k 800k 900k 1M 1.2M VPP: 1.01 1.02 1.01 1.02 1.00 0.99 0.97 0.96
1.3M 1.4M
VPP: 0.96 0.94
实验分析：分析实验数据，达到了Av大于20dB，3dB带宽为10Hz到1MHz，并且输入小于100mv，能够起到抑制共模抑制比的作用。

已经达到了实验要求。

实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）
实验基本上达到了要求。

在实验的进行过程中，翻阅了一些有关晶体管电路设计的有关资料，学习了晶体管放大电路的工作原理。

并熟练使用仿真软件，但是实际上还是与与仿真结果有所差别，经过不断调试，基本达到实验要求。