实验八 差分放大器

实验八 差分放大电路

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

差分放大电路是模拟电路基本单元电路之一，是直接耦合放大电路的最佳电路形式，具有放大差模信号、抑制共模干扰信号和零点漂移的功能。图8-1是差分放大电路的基本结构。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C 时（K 接R E ），构成典型的差分放大器。调零电位器R W 用来调节T 1、T 2管的静态工作点，使得输入信号u i =0时，双端输出电压u O =0。R E 为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无反馈作用，因此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。

12V

EE

A B

图8-1 差分放大电路

当开关拨向D 时（K 接T 3），构成具有恒流源的差分放大器。它用晶体管恒流源T 3代替发射极电阻R E ，T 3的交流等效电阻r CE3远远大于R E ，可以进一步提高差分放大器对共模信号的抑制能力。

当差分放大器的电路结构对称，元件参数和特性相同时，两个三极管集电极的直流电位相同。但在实验过程中，由于三极管特性和电路参数不可能完全对称，导致差分放大电路在输入信号为零时双端输出却不为零。故需要对差分放大电路进行零点调节。

当T 1、T 2的基极分别接入幅度相等、极性相反的差模信号时，使两管发射极产生大小相等、方向相反的变化电流。当两个电流同时流过发射极电阻R E （K 拨向C ）时，其作用互相抵消，即R E 中没有差模信号电流流过。但对T 1、T 2而言，一个管子集电极电流增大，另一个管子集电极电流减小，于是两管集电极之间的输出电压就得到了被放大了的差模输出电压。

当共模信号作用于电路时，T 1、T 2的发射极电流的变化量相等，显然R E 上电流的变化量为2△I E ，由此而引起的R E 上的电压变化量△u E 的变化方向与输入共模信号的变化方向相同，使B -E 间的电压变化方向与之相反，导致基极电流变化，从而抑制了集电极电流的变化。

集成运算放大器几乎都采用差分放大器作为输入级。这种对称的电压放大器有两个输入端和两个输出端，根据电路的结构可分为，双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出及单端输入单端输出。若电路参数完全对称，则双端输出时的共模电压放大倍数A C =0，共模抑制比K CMR 越大，说明电路抑制共模信号的能力越强。

1. 静态工作点的估算 典型电路（K 接R E ）：

E

BE

EE E R U V I -=

（认为U B1=U B2≈0） E 2C 1C I 2

1

I I =

= 恒流源电路（K 接T 3）：

I C3≈I E3≈3

2

12

)(E BE

EE CC R U V V R R R -+⨯+ 3C 2C 1C I 21=I =I

2. 差模、共模电压放大倍数

当差分放大器的发射极电阻R E 足够大，或采用恒流源时，差模电压放大倍数由输出方式决定，而与输入方式无关。

双端输出： R E =∞， R W 在中心位置，则：

W

be 1

B C

i

O

d R )1(2

1

r R R u u A β+++β-=∆∆=

单端输出： d i 1C 1d A 21u u A =∆∆=

d i 2C 2d A 2

1

u u A -=∆∆= 当输入共模信号时，若为单端输出则有：

)

R 2R 21

)(1(r R R u u u u A A E W be 1B C

i

2

C i 1C 2C 1C +β+++β-=∆∆=∆∆=

=≈

E

C

R 2R 若为双端输出，在理想情况下：

i

O

C u u A ∆∆=

≈0 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K CMR

为了表征差分放大器对有用信号（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：

C d CMR A A K =

， 或 C

d CMR A A

lg 20K = （db ） 差分放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。

三、实验仪器与设备

1. DS1052E 型数字示波器

2. DG1022型双通道函数/任意波形发生器

3. YB2173F 智能数字交流毫伏表

4. DT9205型数字万用表

5. EL -ELA -Ⅳ型模拟电路实验仪

四、实验内容及步骤

注：进行以下测量时，交流毫伏表后面板上的浮置／接地开关应置于“浮置”，否则实验无法正常进行。 1.典型差动放大电路（K 接R E ）性能测试

在模拟电路实验仪上找到实验电路，开关K 拨向C ，构成典型差分放大器。 （1）测量静态工作点

使差分放大器的输入电压u i =0，接通±12V 直流电源，用直流电压档测量双端输出电压u O ，调节调零电位器R W ，使u O =0。再分别测量T 1、T 2管的各级电位U C1、U B1、U E1、U C2、U B2、U E2，及发射极电阻R E 上的电压U RE ，将所测数据记入表8-1中，并按表中要求计算出相应数据。

（2）测量差模电压放大倍数A d ① 输入交流信号

用函数信号发生器在输入端A 、B 间输入f=1kH Z ，u i =100mV 的正弦信号（即双端输入方式，注意：此时信号