8 1 实验七差动放大器
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电 路 形式 参 数 连接
VC1
双入--双出
VC2 △Vo Adv VC1
双入—单出
VC2 △Vo1 Adv1 VC1
单入—双出
VC2 △Vo Adv VC1
单入—单出
VC2 △Vo1 Adv1
Re 恒流 源 3、测量共模电压放大倍数 将电路接成图 2 共模输入形式，使 Vi=1V，用万用表分别测出在“Re”和“恒流源”下的 Vc1 和 Vc2，算出其他值，填入表 3 中。 表 3： 输出方式
四、实验原理
差动放大器可用来放大交流信号，但主要是为了放大直流信号和变化非常缓慢的非周期信号。 它有以下特点： 1、 电路对称抑制零点漂移 当环境温度或电源电压等工作条件发生变化时，直流耦合放大器的静态工作点将要随之变化， 而且逐级放大，即便输入信号为零时，输出电压也会出现缓慢而不规则的变化，这种现象称为直 接耦合放大器的“零点漂移” 。 为了克服直接耦合放大器的零点漂移，除了尽可能保持晶体管静态工作点稳定或采用温度补 偿外，目前所采取的主要方法是采用差动放大器，利用电路对称的特点将漂移电压相互抵消。 图 1 是一种典型差动放大器电路。电路对称即两个晶体管型号相同、特性相同、各对应的电阻阻 值相等。Re 为两管公用的发射极电阻。1、2 点为输入端，两管集电极 3、4 点为输出端。 静态时∆Vi= 0，两管静态电流相等(ICQ1=ICQ2)，它们在 RC 上产生的电压降也相等，因而输出 电压∆V O=ICQ1 RC—ICQ2RC=0。 2、 对差模信号有放大作用 如图 2 所示，T1、T2 的输入信号大小相等、极性相反，即 Vi1= ─Vi2，称为“差模输入信号” 。 差模输入时，T1 和 T2 的输出电压∆V O=VC1—VC2，即为两管集电极电压之差。由于两管集电极电 流变化量相反，即∆IC1= –∆IC2，Re 上的电压降并不改变，即∆Ve=0，Re 不起负反馈作用，对差模 信号而言，Re 相当于短路。因此，这时差动放大器的差模放大倍数为
120
较准确的测量。测后将测量结果填入表 1 中。 表 1：
被测参数
VC1
VC2
VE1
VE2
VB1
VB2
IC1
IC21
IE
VE
接 Re
接恒流源
2、测量差模电压放大倍数 将电路接成图 1 差模输入形式，调输入电位器使 Vi=0.1V， 用万用表分别测出在 “Re” 和 “恒流源” 下的 Vc1 和 Vc2，算出其他值，填入表 2 中。 表 2：
五、实验仪器
1、示波器 2、函数信号发生器 3、数字万用表 4、多功能电路实验箱 1台 1台 1台 1台
六、实验内容
1、调零及测量静态工作点 差动放大器的调零分两种情况，一种是输入短路调零，另一种是输入开路调零。调节的步骤 是接通 Ec 和 Ee 后，先将两输入端对地短路，在图 4 和图 5 中调 W2 使△Vo=0（用万用表直流电 压档测量） ；然后将两输入端开路，调 W1 使△Vo=0。对上述调节反复几次即达到调零的目的。 差动放大器静态工作点的测量方法与其他放大器相同，但是必须注意，由于差动放大器一般 电流都很小，为了减小测量仪器对直流工作状态的影响，要求使用输入电阻高的电压表，以获得
实验七
一、 实验目的
差动放大器
1、了解差动放大器的电路特点和工作原理。 2、掌握差动放大器直流工作状态调整测试方法。 3、掌握差动放大器主要特性参数的测试和计算方法。 4、了解减小零点漂移提高共模抑制比的原理和方法。 二、预习要求 1、认真阅读本文的实验原理部分内容。 2.、对图 4、图 5,按照实验内容的要求，进行 EWB 或者 Pspice 仿真，并写出结果。 三实验报告要求 1. 简单的写出实验原理。 2. 列出仿真结果、 3. 列出实验结果。 4. 完成课后思考题。
CMRR 20 lg
Adv Acv
对于理想的双端输出差动放大器（图 1） ，Acv=0，CMRR=∞。CMRR 越大，表示电路对称性 能好，对信号放大能力越强，抑制零点漂移能力越强。 5.提高共模抑制比的措施 图 1 中 Re 对共模信号起负反馈作用，Re 越大，负反馈越深，对零点漂移的抑制作用越强。 但 Re 太大，其上的直流电压降也增大，会影响晶体管的正常工作。在实用中，常用一个晶体管恒 流源取代 Re。因为工作于线形放大区的晶体管的 Ic 基本上不随 Vce 变化（恒流特性） ，所以交流 电阻=△Vce /△Ic 很大，从而解决了 Re 不能取得很大的矛盾，大大提高了共模抑制比。 6.差动放大器的其他形式 上面介绍的差动放大器电路，其输入信号分别加至两管基极，输出信号从两管集电极引出， 这叫做“双端输入-双端输出”接法，其特点是输入、输出端均不接地。实用中，输入、输出信号 常常需要一端接地，这就是单端输入或单端输出方式。 （1）单端输入-双端输出差动放大器。电路如图 3 所示。这种形式与双端输入情况近似相同，通过 Re 的耦合作用，△Vi 仍以差模输入的形式加到两管基极，因此 Adv、Acv、CMRR 的计算公式与 前相同。
连接 参数
双端输出 VC1 VC2 △Voc Acv CMRR △Voc1
单端输入 Acv1 CMRR1
Re 恒流源 4、测量频率特性 将电路接成单端输入-单端输出形式，只测接“Re”的情况。输入电压 Vi 用低频信号发生器 代替，使 Vi=10mV 不变，在不同频率下用晶体管毫伏表测出 Vc1，算出 Adv1，填入表 4 中，作 出频率响应曲线 Adv1~f。 表 4：
119
图3
单端输入式差动放大器
（2）单端输入-单端输出差动放大器。在图 3 中，若输出信号是某一管集电极对地的电压（Vc1 或 Vc2） ，则是单端输入-单端输出差动放大器。这种接法与前相比，由于输出信号减小一半，所以 差模放大倍数为： Adv1
1 1 Rc Adv 2 2 Rb rbe
300
500
1K
2K
5K
……
VC1 Adv1
七、思考题
1、差动放大器为什么要调零？调零电位器（图 4 中的 Rw2）的大小对放大器性能有何影响？
121
2、为什么采用“恒流源”比采用“Re”更能改善差动放大器的性能？试用实验结果说明。 3、为什么差动放大器单端输入和双端输入两种方式的测量结果近似相等？
测后将测量结果填入表1接re接恒流源2测量差模电压放大倍数差模输入形式调输入电位器使vi01v用万用表分别测出在re和恒流源下的vc1和vc2算出其他值填入表2c2voadvc2voc2voadvc2vo共模输入形式使vi1v用万用表分别测出在re和恒流源下的vc1和vc2算出其他值填入表3输出方式双端输出单端输入连接参数c2vocacvcmrrvoc1acvre恒流源4测量频率特性将电路接成单端输入单端输出形式只测接re的情况
参数 f（Hz）
10
20
50
100
200
300
500
1K
2K
5K
……
VC1 Adv1 5、研究差动放大器滞后校正对频率特性的影响 在差动放大器两集电极之间接一只 510pF 的电容器，重复“4”的步骤填入表 5，测得结果与 “4”步骤的结果比较分析。 表 5：
参数 f（Hz）
10
20
50
100
200
122
Adv
相同)，rbe 为晶体管输入电阻。
Vo Vi
RC C 1VC 2 V Vi 1Vi 2 Rb rbe
式中 VC1、VC2 分别为两管集电极对地的电压，Vi1、Vi2 分别为两输入端对地的电压(以下各式
3、 对共模信号有抑制作用 。这种输入方 当二输入端对地之间的信号大小相等，而极性相同时，Vi1=Vi2 称为“共模信号” 式为“共模输入” ，如图 2 所示。
这时的共模放大倍数为： Acv1
Rc Rb rbe 2( 1) Re
Adv1 Re 20 lg Acv1 Rb rbe
这时的共模抑制比为： CMRR1 20 lg
实验电路介绍两种，如图 4 和图 5 所示。图中 T1、T2 可用一个双三极管 BT51，或用两个特性相 近的管子，其他电路参数如图所示。
118
图1
差动放大器电路图
图2
共模输入形式
电路理想对称时 VC1=VC2，则∆V O=VC1Vi
1VC 2 VC 0 Vi
。
事实上，电路不可能完全对称，因此，共模输入时放大器的∆V O 不等于 0，因而 ACV 也不等 于 0，只不过共模放大倍数很小而已。 共模输入时，两管电流同时增大或减小，Re 上的电压降也随之增大或减小，Re 起着负反馈作 用。由此可见，Re 对共模信号起抑制作用；Re 越大，抑制作用越强。 晶体管因温度、电源电压等变化所引起的工作点变化，在差动放大器中相当于共模信号，因 此，差动放大器大大抑制了温度、电源电压等变化对工作点的影响。 4、 共模抑制比(CMRR) 对于差动放大器，希望有较大的差模放大倍数和尽可能小的共模放大倍数。为了全面衡量差 动放大器的质量，引入了共模抑制比（CMRR） ：
VC1
双入--双出
VC2 △Vo Adv VC1
双入—单出
VC2 △Vo1 Adv1 VC1
单入—双出
VC2 △Vo Adv VC1
单入—单出
VC2 △Vo1 Adv1
Re 恒流 源 3、测量共模电压放大倍数 将电路接成图 2 共模输入形式，使 Vi=1V，用万用表分别测出在“Re”和“恒流源”下的 Vc1 和 Vc2，算出其他值，填入表 3 中。 表 3： 输出方式
四、实验原理
差动放大器可用来放大交流信号，但主要是为了放大直流信号和变化非常缓慢的非周期信号。 它有以下特点： 1、 电路对称抑制零点漂移 当环境温度或电源电压等工作条件发生变化时，直流耦合放大器的静态工作点将要随之变化， 而且逐级放大，即便输入信号为零时，输出电压也会出现缓慢而不规则的变化，这种现象称为直 接耦合放大器的“零点漂移” 。 为了克服直接耦合放大器的零点漂移，除了尽可能保持晶体管静态工作点稳定或采用温度补 偿外，目前所采取的主要方法是采用差动放大器，利用电路对称的特点将漂移电压相互抵消。 图 1 是一种典型差动放大器电路。电路对称即两个晶体管型号相同、特性相同、各对应的电阻阻 值相等。Re 为两管公用的发射极电阻。1、2 点为输入端，两管集电极 3、4 点为输出端。 静态时∆Vi= 0，两管静态电流相等(ICQ1=ICQ2)，它们在 RC 上产生的电压降也相等，因而输出 电压∆V O=ICQ1 RC—ICQ2RC=0。 2、 对差模信号有放大作用 如图 2 所示，T1、T2 的输入信号大小相等、极性相反，即 Vi1= ─Vi2，称为“差模输入信号” 。 差模输入时，T1 和 T2 的输出电压∆V O=VC1—VC2，即为两管集电极电压之差。由于两管集电极电 流变化量相反，即∆IC1= –∆IC2，Re 上的电压降并不改变，即∆Ve=0，Re 不起负反馈作用，对差模 信号而言，Re 相当于短路。因此，这时差动放大器的差模放大倍数为
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较准确的测量。测后将测量结果填入表 1 中。 表 1：
被测参数
VC1
VC2
VE1
VE2
VB1
VB2
IC1
IC21
IE
VE
接 Re
接恒流源
2、测量差模电压放大倍数 将电路接成图 1 差模输入形式，调输入电位器使 Vi=0.1V， 用万用表分别测出在 “Re” 和 “恒流源” 下的 Vc1 和 Vc2，算出其他值，填入表 2 中。 表 2：
五、实验仪器
1、示波器 2、函数信号发生器 3、数字万用表 4、多功能电路实验箱 1台 1台 1台 1台
六、实验内容
1、调零及测量静态工作点 差动放大器的调零分两种情况，一种是输入短路调零，另一种是输入开路调零。调节的步骤 是接通 Ec 和 Ee 后，先将两输入端对地短路，在图 4 和图 5 中调 W2 使△Vo=0（用万用表直流电 压档测量） ；然后将两输入端开路，调 W1 使△Vo=0。对上述调节反复几次即达到调零的目的。 差动放大器静态工作点的测量方法与其他放大器相同，但是必须注意，由于差动放大器一般 电流都很小，为了减小测量仪器对直流工作状态的影响，要求使用输入电阻高的电压表，以获得
实验七
一、 实验目的
差动放大器
1、了解差动放大器的电路特点和工作原理。 2、掌握差动放大器直流工作状态调整测试方法。 3、掌握差动放大器主要特性参数的测试和计算方法。 4、了解减小零点漂移提高共模抑制比的原理和方法。 二、预习要求 1、认真阅读本文的实验原理部分内容。 2.、对图 4、图 5,按照实验内容的要求，进行 EWB 或者 Pspice 仿真，并写出结果。 三实验报告要求 1. 简单的写出实验原理。 2. 列出仿真结果、 3. 列出实验结果。 4. 完成课后思考题。
CMRR 20 lg
Adv Acv
对于理想的双端输出差动放大器（图 1） ，Acv=0，CMRR=∞。CMRR 越大，表示电路对称性 能好，对信号放大能力越强，抑制零点漂移能力越强。 5.提高共模抑制比的措施 图 1 中 Re 对共模信号起负反馈作用，Re 越大，负反馈越深，对零点漂移的抑制作用越强。 但 Re 太大，其上的直流电压降也增大，会影响晶体管的正常工作。在实用中，常用一个晶体管恒 流源取代 Re。因为工作于线形放大区的晶体管的 Ic 基本上不随 Vce 变化（恒流特性） ，所以交流 电阻=△Vce /△Ic 很大，从而解决了 Re 不能取得很大的矛盾，大大提高了共模抑制比。 6.差动放大器的其他形式 上面介绍的差动放大器电路，其输入信号分别加至两管基极，输出信号从两管集电极引出， 这叫做“双端输入-双端输出”接法，其特点是输入、输出端均不接地。实用中，输入、输出信号 常常需要一端接地，这就是单端输入或单端输出方式。 （1）单端输入-双端输出差动放大器。电路如图 3 所示。这种形式与双端输入情况近似相同，通过 Re 的耦合作用，△Vi 仍以差模输入的形式加到两管基极，因此 Adv、Acv、CMRR 的计算公式与 前相同。
连接 参数
双端输出 VC1 VC2 △Voc Acv CMRR △Voc1
单端输入 Acv1 CMRR1
Re 恒流源 4、测量频率特性 将电路接成单端输入-单端输出形式，只测接“Re”的情况。输入电压 Vi 用低频信号发生器 代替，使 Vi=10mV 不变，在不同频率下用晶体管毫伏表测出 Vc1，算出 Adv1，填入表 4 中，作 出频率响应曲线 Adv1~f。 表 4：
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图3
单端输入式差动放大器
（2）单端输入-单端输出差动放大器。在图 3 中，若输出信号是某一管集电极对地的电压（Vc1 或 Vc2） ，则是单端输入-单端输出差动放大器。这种接法与前相比，由于输出信号减小一半，所以 差模放大倍数为： Adv1
1 1 Rc Adv 2 2 Rb rbe
300
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……
VC1 Adv1
七、思考题
1、差动放大器为什么要调零？调零电位器（图 4 中的 Rw2）的大小对放大器性能有何影响？
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2、为什么采用“恒流源”比采用“Re”更能改善差动放大器的性能？试用实验结果说明。 3、为什么差动放大器单端输入和双端输入两种方式的测量结果近似相等？
测后将测量结果填入表1接re接恒流源2测量差模电压放大倍数差模输入形式调输入电位器使vi01v用万用表分别测出在re和恒流源下的vc1和vc2算出其他值填入表2c2voadvc2voc2voadvc2vo共模输入形式使vi1v用万用表分别测出在re和恒流源下的vc1和vc2算出其他值填入表3输出方式双端输出单端输入连接参数c2vocacvcmrrvoc1acvre恒流源4测量频率特性将电路接成单端输入单端输出形式只测接re的情况
参数 f（Hz）
10
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……
VC1 Adv1 5、研究差动放大器滞后校正对频率特性的影响 在差动放大器两集电极之间接一只 510pF 的电容器，重复“4”的步骤填入表 5，测得结果与 “4”步骤的结果比较分析。 表 5：
参数 f（Hz）
10
20
50
100
200
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Adv
相同)，rbe 为晶体管输入电阻。
Vo Vi
RC C 1VC 2 V Vi 1Vi 2 Rb rbe
式中 VC1、VC2 分别为两管集电极对地的电压，Vi1、Vi2 分别为两输入端对地的电压(以下各式
3、 对共模信号有抑制作用 。这种输入方 当二输入端对地之间的信号大小相等，而极性相同时，Vi1=Vi2 称为“共模信号” 式为“共模输入” ，如图 2 所示。
这时的共模放大倍数为： Acv1
Rc Rb rbe 2( 1) Re
Adv1 Re 20 lg Acv1 Rb rbe
这时的共模抑制比为： CMRR1 20 lg
实验电路介绍两种，如图 4 和图 5 所示。图中 T1、T2 可用一个双三极管 BT51，或用两个特性相 近的管子，其他电路参数如图所示。
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图1
差动放大器电路图
图2
共模输入形式
电路理想对称时 VC1=VC2，则∆V O=VC1Vi
1VC 2 VC 0 Vi
。
事实上，电路不可能完全对称，因此，共模输入时放大器的∆V O 不等于 0，因而 ACV 也不等 于 0，只不过共模放大倍数很小而已。 共模输入时，两管电流同时增大或减小，Re 上的电压降也随之增大或减小，Re 起着负反馈作 用。由此可见，Re 对共模信号起抑制作用；Re 越大，抑制作用越强。 晶体管因温度、电源电压等变化所引起的工作点变化，在差动放大器中相当于共模信号，因 此，差动放大器大大抑制了温度、电源电压等变化对工作点的影响。 4、 共模抑制比(CMRR) 对于差动放大器，希望有较大的差模放大倍数和尽可能小的共模放大倍数。为了全面衡量差 动放大器的质量，引入了共模抑制比（CMRR） ：