差动式放大电路 课程设计
差分放大电路
实验十差分放大电路一、实验目的1、掌握差动放大电路原理与主要技术指标的测试方法。
2、掌握差动放大电路与具有镜像恒流源的差分放大电路的性能差别，明确提高性能的措施。
二、预习要求1．复习差分放大器工作原理及性能分析方法。
2．阅读实验原理，熟悉试验内容及步骤。
3．估算电路图的静态工作点，设各三极管β=30，rbe=1kΩ。
三、实验原理与参考电路1、差分放大电路的特点差分放大电路时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，具有放差模信号、抑制共模干扰信号和零点漂移的功能。
图4.10.1所示电路，当开关S置于位置“1”时为典型差分放大电路；当开关S置于位置“2”时为镜像恒流源的差分放大电路。
图中三极管T3的；交流等效电阻rce3'远远大于Re，所以，恒流源差分放大电路对共模信号的抑制能力得到大大提高，故具有更高的共模抑制比KCMR。
实验电路采用5G921S型集成双差分对管。
由于制作差分对管的材料、工艺和使用环境相同、所以四只管子技术参数一直很好。
其外引线排列如图4.10.2所以。
1、8脚应接到电路的零电位上。
即使采用在同一基片上制造出阿里的差分对管也不能保证绝对的对称，因此，电路中还没有调零电位器RP1可使三极管T1、T2的集电极静态电流相等。
当放大其输入信号为零时，输出电压也为零。
R1、R2为均值电阻。
当采用平衡输入时，因 R1=R2，且两电阻中间接地，故输入信号能平均分配到T1、T2管发射结上，从而获得差模输入信号。
Re为T1、T2管发射极公共电阻，对其共模干扰信号具有很强的见交流负反馈作用，且Re越大，共模抑制比KCMR越高；Re对差模信号无负反馈作用，不影响差模放大倍数，但具有很强的直流负反馈作用，可稳定T1、T2两管的静态工作点并抑制输出端零点漂移。
电位器为Rp2为静态工作点调整电位器，调节Rp2可改变基准电流IREF，因为VBE3=VBE4、R5=R6，所以T1、T2的工作电流之和为ICQ1+ICQ2=2ICQ1=ICQ3=IREF。
第13讲--差动放大电路课件
+ T1 RC1 uBE1
－ iE1
RS2 －
+ uod －
+
+
uo1
uo2
－
－
RE iE
iC2
iB2 T2
RC2
+
uBE2 －
iE2
❖ 由三极管e极电流与e极电压指数关系，电流方程：
iC1
iE1＝I ES
exp( u BE1 UT
)
iE iE1 iE2 iC1 iC2
iC 2
iE2＝I ES
2024/10/10
电子电路基础
第十三讲 差动放大电路 （1）
1
主要内容
7.1 基本电路及特征分析 7.2 双端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.3 单端输入、双端输出差动放大电路旳特征 7.4 单端输入、单端输出差动放大电路旳特征 7.5 有源偏置差动放大电路
2
零点漂移
❖ 放大电路无输入时，还有缓慢变化旳电压 输出旳现象为零点漂移
(2)先求rbe,再用前述公式
rbe
rbb
UT ICQ
134 100 26 1.1
2.5(k)
ASD
RC1 //( RL / 2)
RS1 rbe1
100 5 // 5 71
1 2.5
VCC
iC1
iC2
RC1
RL
RC2
Ri 2(RS1 rbe1)
2 (1 2.5) 7(k)
❖ 增大发射极电阻RE旳阻值，线性范围增大
uo1, uo2
uo2
uodm
uo1
RE 小
RE 大
uid
0
电压传输特性
第二节差动式放大电路
共摸信号：是指两个幅度相等、极性相同的双端输入信号。
差摸、共摸混合信号：是指两个极性相同（或不同）、幅度 不等的信号加在差分放大电路的输入端，则相当于一组差模 信号迭加在共模信号上，共同加在差分放大电路的输入端。
差模信号
共模信号
（一）工作原理：
各元件相同：即T1，T2管对称
第六章 集成运算放大器
第二节 差动式放大电路 (Differential Amplifier)
一、基本差动放大电路
电路组成
特点： a.两只完全相同的管子； b.两个输入端，
两个输出端； c.元件参数对称；
差分放大电路一般有两个输入端：反相输入端和同相输入端， 如图所示。在输入端ui1输入极性为正的信号，输出信号极性 与其相反，称该输入端为反相输入端。在输入端ui2 输入极 性为正的信号，而输出信号极性与其相同，称该输入端为同 相输入端。极性的判断以图中确定的正方向为准。
分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配， 尽可能保证阻值对称性精度满足要求。
结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大
电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点 漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。
2。差模输入方式
Ui1=Uid，Ui2=Uid
差模输入信号为Ui1 － Ui2=2 Uid
若Ui1的瞬时极性与参考 极性一致，则Ui2的瞬时 极性与参考极性相反。则
有：
ui1↑→ib1 ↑ →ic1 ↑ →uc1↓
ui2 ↓ →ib2 ↓ →ic2 ↓ →uc2 ↑
差模输入方式
输出电压uO= uC1 － uC2≠0，而是出现 了信号，记为Uod。
差动放大电路
实训八差动放大电路一、实训目的1．通过实训加深对差动放大电路性能特点的理解；2．掌握差动放大器零点的调整方法；3．学习差动放大器差模放大倍数和共模放大倍数的测试方法。
二、实训测试原理1．实训测试电路2．测试电路的基本原理1）差动放大器输出电压的静态调零。
实训电路所示差动放大电路是由两个单级共射放大电路对称构成，电路结构和参数完全相同，在静态时，I C1=I C2，U O1=U O2，输出电压U O=0。
但是两边放大电路的参数不可能完全对称，所以U O不为零，必须调节调零电位器R P，使U O=0。
2）差动放大器对差模信号起放大作用。
当差动放大电路的两输入端加入大小相等、相位相反的差模信号时，在两边放大器的输出端就可以得到大小相等、相位相反的一对输出电压U O1、U O2。
对于双端输出的电路，输出电压U O=U O1-U O2=2U O1，为单边输出电压的两倍；若为单端输出的电路，输出电压U O= U O1或U O=U O2。
3）差动放大电路对共模信号起抑制作用。
当差动放大电路加入大小相等、相位相同的共模信号，在两边放大器的输出端就可得到大小相等，相位相同的一对输出电压U O1和U O2。
对于双端输出的差动放大电路，共模输出电压U O=U O1-U O2=0。
实际上两边放大器元件参数不可能完全对称，在输出端仍有一定的共模输出电压。
公共射极电阻R E（或恒流源）对共模信号有强烈的电流负反馈作用，可进一步抑制共模信号；对于单端输出的差动放大电路，不能利用电路的对称性来抑制共模信号，只能靠公共射极电阻R E（或恒流源）抑制共模信号。
4）用恒流源代替R E可以提高差动放大电路抑制共模信号的能力。
三、实训仪器设备1．直流稳压电源2．函数信号发生器3．晶体管毫伏表4．万用表5．双踪示波器四、实训器材1．三极管：VT1 、VT2 3DG6×22．电阻：R B=3.3kΩ×2R C=10kΩ×2R=1kΩ×2R E=10KΩ×13．电位器：R P=470Ω ×1五、测试步骤及内容1．静态工作点的调测1）根据实训电路图连接电路，调节双路直流稳压电源均为12V，并加入电路。
实验四 差动放大电路
+12V
UE3
2．差模和共模电压放大倍数测量 在输入端加入f=100~200Hz，Ui=50mV正弦信号（注 意：输出衰减置于20db，输出从小慢慢调节，带负载)，按 表3.4.2要求测量并记录，由测量数据计算出单端和双端输 出的电压放大倍数。 输入信号方式： 双端输入：红夹子接B1端,黑夹子接B2端。 差模信号： 单端输入：红夹子接B1端,黑夹子接地端。 共模信号：B1+B2同时接红夹子，黑夹子接在地端。
表 3.4.2 差模和共模放大倍数测试
五、实验报告
1．根据实测数据计算图3.4.3电路的静态工作点，与预习 计算结果相比较。 2．整理实验数据，计算各种接法的Ad，并与理论计算值 相比较。 3．计算实验步骤3中Ac和CMRR值。 4．总结差放电路的性能和特点。
六、思考题
1、差动放大器的电路对称时，发射极总电流Ie与集电极电 流Ic1、Ic2 有何关系？ 2、静态时Ic1=Ic2及Vc1=Vc2的条件是什么？ 3、直流集电极电流及电压的计算值与测量值比较，情况如 何？ 4、差模电压增益的计算值与测量值比较，两者有何差别？
实验电路如图3.4.3所示。 1．测量静态工作点。 (1)调零 T1 T2 将输入端B1、B2短 路并接地，接通直流电源， 调节电位器Rp1使双端输 出电压Uo=0。 衰减20dB,可不接电位器！T3 (2)静态工作点 测量T1、T2、T3各 极对地的电位，填入表 图3.4.3 差动放大器 3.4.1中。 表3.4.1 静态工作点测试
实验四 差动放大电路
一、实验目的
1. 熟悉差动放大器工作原理。 2. 掌握差动放大器的基本测试方法。
实验3 差动放大电路实验
实验3 差动放大电路实验一、实验目的（1）进一步熟悉差动放大器的工作原理；（2）掌握测量差动放大器的方法。
二、实验仪器双踪示波器、信号发生器、数字多用表、交流毫伏表。
三、实验原理实验电路如图1。
它是一个具有恒流源的差动放大电路。
在输入端，幅值大小相等，相位相反的信号称为差模信号；幅值大小相等，相位相同的干扰称为共模干扰。
差动放大器由两个对称的基本共射放大电路组成，发射极负载是一晶体管恒流源。
若电路完全对称，对于差模信号，若Q1集电极电流增加，则Q2集电极电流一定减少，增加与减少之和为零，Q3和R e3等效于短路，Q1，Q2的发射极几乎等效于接地，差模信号被放大。
对于共模信号，若Q1集电极电流增加，则Q2集电极电流一定增加，两者增加的量相等，Q1，Q2的发射极等效于分别接了两倍的恒流源等效电阻，强发射极负反馈使共射放大器对共模干扰起强衰减作用，共模干扰被衰减。
从而使差动放大器有较强的抑制共模干扰的能力。
调零电位器R p用来调节Q1，Q2管的静态工作点，希望输入V I1=0, V I2=0时，使双端图1 差动放大电路图输出电压V o=0。
差动放大器常被用做前置放大器。
前置放大器的信号源往往是高内阻电压源，这就要求前置放大器有高输入电阻，这样才能接受到信号。
有的共模干扰也是高内阻电压源，例如在使用50Hz工频电源的地方，50Hz工频干扰源就是高内阻电压源。
若放大器的输入电阻很高，放大器在接受信号的同时，也收到了共模干扰。
于是人们希望有一种只放大差模信号、不放大共模信号的放大器，这就是差动放大器。
运算放大器的输入级大都为差动放大器，输入电阻都很大，例如LF353的输入电阻约为1012Ω量级，OP07的输入电阻约为107Ω量级。
四、实验内容本实验电路在两个输入端分别接了510Ω电阻，使差动放大器的输入电阻下降至略小于510Ω，这是很小的输入电阻。
其原因是，本实验电路用分立元件组成，电路中对称元件的数值并不完全相等；其集电极为电阻负载，而不是恒流源负载；其发射极为恒流源负载，而不是镜像电流源负载，所以本实验电路的共模抑制比并不高。
EDA实验2差动放大电路的设计与仿真
实验二差动放大电路的设计与仿真一、实验要求1.设计一个带射极恒流源的差动放大电路，要求负载5.6k时的A VD 大于50。
2.测试电路每个三极管的静态工作点值和 、r be 、r ce值。
3.给电路输入直流小信号，在信号双端输入状态下分别测试电路的A VD、A VD1、A VC、A VC1值。
二、实验步骤1．实验所用的电路电路图如下图所示：放大倍数：A vd=V od/Vid=1.266V/20mV=63.32.三极管的静态工作点值和β、Rbe、Rce①．测试Q1、Q3管由上图可知三极管Q1和三极管Q3所用的三极管型号一样且互相对称，经过分析可知这两个三极管的静态工作点的值应该全部一样。
Q1(Q3)静态工作点值：测β1：β1=ic/ib=289.28/1.891=152.98 求Rbe1:由上图得Rbe1=dx/dy=4.93KΩ求Rce1:有上图得Rce1=dx/dy=10.47KΩ②.测试Q2管Q2静态工作点值：求Rbe2:由上图得Rbe2=dx/dy=2.24KΩ求Rce2:由上图得Rce2=dx/dy=5.0KΩ求β2:β2=△Ic/△Ib=(1.9302-1.6065) /2×1000=161.9所以恒流源输出电阻R0=Rce2(1+β2×R5/(Rbe2+R1//R4+R5))=5.0×(1+161.9×5/(2.24+40//50+5))= 5.0×28.5=142.5KΩ3.测量双端输入直流小信号时电路的A VD、A VD1、A VC、A VC1(1)求A vd:A vd(实际)=V od/Vid= -1.282/0.02= -64.1A vd(理论)= -β1(R2//(R6/2/)//rce1)/rbe1=-152.98×(10//2.8//10.47)/4.93= -152.98×2.0/4.93= -62.1E=|A vd(实际)-A vd(理论)|/|A vd(理论)|=2/62.1=3.2%(2)求A vd1:A vd1(实际)=(0.222-1.009)/0.02=39.35A vd1(理论)=-0.5β1(R2//R6//Rce1)/rbe1=-0.5×152.98×(10//5.6//10.47)/4.93=-0.5×152.98×2.6/4.93=40.34E=| A vd1(实际)- A vd1(理论)|/| A vd1(理论)|=0.99/40.34=2.5%(3)求A vc:A vc=V oc/Vic=0(4)求A vc1:断开直流小信号：A vc1(实际)=(1.00887-1.00889)/0.01=-0.0020A vc1(理论)= -β1(R2//R6//Rce1)/(Rbe1+2(β1+1)R0)= -152.98×(10//5.6//10.47)/(4.93+2×(152.98+1) ×142.5)=-0.0091两者数量级一致三、分析总结在普通的放大电路会由于某些外界因素的变化比如温度的变化，会使输出的电压发生微小的变化，若是在多级放大电路中，这种微小的变化会被逐级放大，以至于在输出端会出现很大的噪声信号，使输出端的信噪比严重下降。
实验3 差分放大电路设计实验
模拟电路课程设计报告题目：差分放大器设计专业年级：2012级通信工程组员：20121342104 王开鹏20121342105 王娜20121342107 王象指导教师：方振国2014年11月27日差分放大器设计一、实验内容设计一具有恒流源的单端输入一双端输出差动放大器。
VCC =12V，VEE=－12V，R L =20kΩ，Uid=20Mv。
性能指标要求R id>25kΩ，A vd≥25，K CMR>60Db。
二、实验原理图3.3.31、恒流源差分放大器在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进行放大，此时就不能用阻容耦合放大电路了。
为此，若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。
差分式直流放大电路是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。
为了改善差分式直流放大电路的零点漂移，利用了负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发时极回路接入了稳流电阻R E和负电源V EE，R E愈大，稳定性愈好。
但由于负电源不可能用得很低，因而限制了R E阻值的增大。
为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替R E，形成了具有恒流源的差分放大器，电路如图3.3.3所示。
具有恒流源的差分放大器，应用十分广泛。
特别是在模拟集成电路中，常被用作输入级或中间放大级。
图3.3.3中，V1、V2称为差分对管，常采用双三极管，如5G921、BG319或FHIB等，它与信号源内阻R b1、R b2、集电极电阻R Cl、R C2及电位器RP共同组成差动放大器的基本电路。
V3、V4和电阻R e3、R e4、R共同组成恒流源电路，为差分对管的射极提供恒定电流I o。
电路中R1、R2是取值一致而且比较小的电阻，其作用是使在连接不同输入方式时加到电路两边的信号能达到大小相等、极性相反，或大小相等、极性相同，以满足差模信号输入或共模信号输入时的需要。
晶体管V1与V2、V3与V4是分别做在同一块衬底上的两个管子，电路参数应完全对称，调节RP 可调整电路的对称性。
差动放大电路
当电源电压或温度变化时，两管的集电极电流和电位同时发生变化，输
出电压Uo＝UCE1－UCE2＝0。因此，尽管各管的零点漂移仍存在，但输出电 压为零，整个放大电路的零点漂移得到抑制。
差
动
放差
大 电 路
动 放 大 电
路
的
分
析
1.2
第5页
2 动态分析
当有信号输入时，对称差动放大电路可以分为差模输入和共模输入两种 情况进行分析。其中，放大器两端分别输入大小相等、极性相反的信号（即 ui1＝－ui2）时称为差模输入；放大器两端分别输入大小相等、极性相同的信 号（即ui1＝ui2）时称为共模输入。
Aud
Aud1
RC
rbe
两输入端之间的差模输入电阻为：
rid 2(RS rbe )
两输出端之间的差模输出电阻为：
rod 2RC
差
动
放差
大 电 路
动 放 大 电
路
的
分
析
1.2
第8页
2 动态分析
2）共模输入
在共模输入信号的作用下，对于完全对称的差动放大电路来说，两管的 集电极电位变化相同，因而输出电压等于零，所以，差动放大电路对共模信 号没有放大能力，即放大倍数Auc为零。
电 工 电 子 技 术
过渡页
第2页
差动放大电路
• 1.1 概述 • 1.2 差动放大电路的分析
差 动 放 大 电 路
概 述
1.1
第3页
差动放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构 成的，如图10-16所示。对称的含义是两个晶体管的特性一致，电路参数对应）和两个输出端（晶体 管的集电极）。若信号同时从两个输入 端加入，称为双端输入；若信号仅从一 个输入端加入，称为单端输入。若信号 同时从两个输出端输出称为双端输出； 若信号仅从一个输出端输出称为单端输 出。
Proteus及Cadence实训课程设计——差动运算放大器设计
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 差动运算放大器的设计初始条件：计算机、Proteus软件、Cadence软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习Proteus软件和Cadence软件。
（2）设计一个差动运算放大器电路。
（3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。
2013.11.17-11.21对差动运算放大器进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
2013.11.22 提交课程设计报告，进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................................... I I1 绪论 (1)2 设计内容及要求 (2)2.1设计的目的及主要任务 (2)2.2 设计思想 (2)3 差动运算放大器的介绍 (3)3.1 基本原理 (3)3.3 电路图的设计 (3)4 Proteus软件的运用及电路的设计与仿真 (4)4.1 原理图的绘制 (4)4.2 仿真与调试 (5)5 Cadence软件的运用与PCB的设计 (7)5.1 原理图的设计 (7)5.2 PCB的设计 (8)6 心得体会 (11)参考文献 (12)摘要差分放大电路能有效地抑制零点漂移，是集成运算放大电路的输入级电路，也是其它模拟集成电路的重要单元电路。
差动放大电路
图5-4
为了保证各级都有合适的动态范围，就必须 采取有效措施，既保证各级工作点合理，又保 证直流信号能有效的传递。通常采用的措施是 提高后级的发射级电位，见图5-5所示。a图采 用稳压二极管，b图采用电阻。容易理解a图的 办法较好，因为稳压管的动态电阻很小，对放 大器的放大倍数影响小。
图5-5
2.零点漂移问题
实验研究发现，直接耦合放大器即使将输入 端短路，输出电压并不为零。而且这个不为零 的电压会随时间作缓慢的、无规则的、持续的 变动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。产 生这种现象的原因在于直接耦合，当外界因素 （如温度、电源电压、晶体管内部的杂散参数 等）变化时输出电压随之变化。其中温度的影 响最大，所以有时把零漂也叫温漂。第一级的 零漂经第二级放大，再传给第三级，依次传递 的结果使外界参数的微小变化，在输出端产生
差模输入电压
U od U c1 U c2 2U c1 2U c 2
差模电压放大倍数
Aud U od 2U c1 Au1 Au 2 U id 2U i1
即差动式放大电路的差模电压放大倍 数等于单管共射极电路的电压放大倍数。
Aud Au1 RC rbe RS
2.动态分析
（1）差模输入
（2）共模输入 （3）抑制零点漂移的原理
（1）差模输入
放大器的两个输入端分别输入大小 相等极性相反的信号（即Ui1＝－Ui2）， 这种输入方式称为差模输入。
U id U i1 U i 2 2U i1 2U i 2
U i1 1 U id 2
1 U i 2 U id 2
图5-9
共模电压放大倍数为
Ac＝-
RC RS rbe 2( 1 )RE
差动放大电路 (课件)
由于理想运放的输入电阻非常高，在分析处于线性状 虚断 态运放时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。 虚短 在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端 视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。 虚地 如将运放的同相端接地V+=0，则V-=0,即反相端是一 个不接“地”的“地”，称为“虚地”
4.共模抑制比CMRR=∞;
5.开环带宽BW=∞;
6.失调、漂移和内部噪声为零。
二、理想运放的工作状态及其特点
IVV+ I+
Vo + Vo VOH 理想
VOH为正向输出饱和电压 VOL为负向输出饱和电压
其数值接近运放的正负
电源电压 分析应用电路 的工作原理时， 首先要分清运 放工作在线性 区还是非线性 区。
2rbe
1 ( Rc // RL ) 2 rbe
( Rc // RL )
2rbe
2rbe
2rbe
1 [rbe (1 )2ro ] 2
2Rc Rc
1 [rbe (1 )2ro ] 2 Rc 2R
c
集成运算放大器概述
集成运算放大器结构特点
集成运算放大器组成及各部分作用 集成运算放大器主要参数 理想集成运算放大器及两个工作区域
1 R L 2 R b rbe
C1为反向输出端,C2为同向输出端
rid=2(Rb+rbe)
rod ≈ Rc
3.对共模信号的抑制作用分析 Uic1=Uic2=Uic
工作原理
Ibc1=Ibc2 Iec1=Iec2
流过Ree上的电流： Iec=Iec1+Iec2=2 Iec1 Ree上的电压：URee=Iec12Ree 画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。 Uic1 Rb
精密差动放大电路的设计与制作
课题二精密差动放大电路的设计与制作在电子测量、数据采集和工业控制等许多应用领域，首先要有一个前置放大器将各类传感器获取的弱信号进行处理和放大。
由于传感器的类型很多，物理性能各异，放大电路要处理的信号往往是悬浮的电压信号，且内阻较大，在信号的获取过程中，往往伴有较大的共模干扰信号，这就要求放大电路具有较大的输入电阻，较高的共模抑制比（KCMR）和很强的带负载能力，并且具有将双端输入变成单模输出的功能。
由于直接对弱小信号进行测量有诸多困难，若前置放大器的电压放大倍数非常稳定，则可根据放大器的输出电压推算其输入信号的幅值。
故高稳定性的精密放大器又称数据放大器或测量放大器，这就是本课题的设计任务和要求。
⒈设计内容和要求设计并制作一个精密差动放大电路，设计要求如下：①输出电压与输入电压的关系是uo =100uⅠ，uI的频率不超过5HZ,且为悬浮信号。
②在常温下，当信号内阻在100KΩ～1MΩF范围内变化，信号源开路电压在0～±20mV 范围内，放大器输出电压的实际值与按上式计算出的理论值相对误差的绝对值不超过0.5%。
③在工频信号作用下，共模抑制比KCMR≧80dB。
④放大器在输入信号为0的情况下，24小时内输出电压时不大于±10mV。
⑤自制悬浮输出的直流信号源供调试用。
⒉设计方案的选择图3-2-1 三运放精密差动放大电路根据数据放大器的特点及以上的设计要求，目前普通选用三运放精密差动放大电路，原理电路如图3-2-1所示。
由图，放大器采用两级放大，第一级利用集成运放A1、A2组成双端输入，双端输出的差动形式，实际上是两个同相比例函数电路的组合，利用同相输入的高输入阻抗及A1、A2参数的一致性，进一步提高对共模信号的抑制能力。
第二级采取差动输入方式，即双端输入，单端输出，完成悬浮信号相对于地线的转换，转换的结果取决于外围电阻的对称程度。
本电路能否达到设计要求的关键，一是器件，元件参数的精密配对，二是精心调试。
差分放大器版图设计
一.绪论1.1差分放大器的概述差分放大器(Differential amplifier),是能把两个输入电压的差值加以放大的电路,也称差动放大器。
这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器,常用于直流放大。
它可以是平衡(术语“平衡”意味着差分)输入和输出,也可以是单端(非平衡)输入和输出,常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换,是各种集成电路的一种基本单元。
由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。
若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时,输出为零,从而克服零点漂移。
适于作直流放大器。
差分放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器,有时简称为“差放”。
差分放大器通常被用作功率放大器(简称“功放”)和发射极耦合逻辑电路(ECL, Emitter Coupled Logic) 的输入级。
差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广,只要将差放的一个输入端接地,即可得到单端输入的放大器。
很多系统在差分放大器的一个输入端输入信号,另一个输入端输入反馈信号,从而实现负反馈。
常用于电机或者伺服电机控制,以及信号放大。
在离散电子学中,实现差分放大器的一个常用手段是差动放大,见于多数运算放大器集成电路中的差分电路。
差分放大器可以用晶体三极管(晶体管)或电子管作为它的有源器件。
输出电压u0=u01-u02,是晶体管T1和T2集电极输出电压u01和u02之差。
当T1和T2的输入电压幅度相等但极性相反,即us1=-us2 时,差分放大器的增益Kd(称差模增益)和单管放大器的增益相等,即Kd≈Rc/re,式中Rc=Rc1=Rc2,re是晶体管的射极电阻。
通常re很小,因而Kd较大。
当us1=us2 ,即两输入电压的幅度与极性均相等时,放大器的输出u0应等于零,增益也等于零。
实际放大电路不可能完全对称,因而这时还有一定的增益。
这种增益称为共模增益,记为Kc。
在实际应用中,温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响,等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。
实验六 差动放大电路
六、思考题
根据实验电路参数， 1 ． 根据实验电路参数 ， 估算典型差动放大器和具 有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍 100） 数（取β1＝β2＝100）。 测量静态工作点时， 放大器输入端A 2 ． 测量静态工作点时 ， 放大器输入端 A 、 B 与地应 如何连接？ 如何连接？ 实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？ 3 ． 实验中怎样获得双端和单端输入差模信号 ？ 怎 样获得共模信号？画出A 端与信号源之间的连接图。 样获得共模信号？画出A、B端与信号源之间的连接图。 4．怎样进行静态调零点？用什么仪表测UO ？ 怎样进行静态调零点？用什么仪表测U 5．怎样用交流毫伏表测双端输出电压UO ？ 怎样用交流毫伏表测双端输出电压U
三、实验原理
图6－1 差动放大器实验电路 －
是差动放大器的基本结构。 图6－1是差动放大器的基本结构。它由两个元件参 － 是差动放大器的基本结构 数相同的基本共射放大电路组成。 数相同的基本共射放大电路组成。 当开关K拨向左边时 构成典型的差动放大器。 拨向左边 典型的差动放大器 ①当开关 拨向左边时，构成典型的差动放大器。 调零电位器R 用来调节T 管的静态工作点， 调零电位器 P 用来调节 1 、 T2 管的静态工作点 ， 使得输入信号U 使得输入信号 i＝0时，双端输出电压 O＝0。 时 双端输出电压U 。 RE为两管共用的发射极电阻， 它对差模信号无负 为两管共用的发射极电阻， 反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数， 反馈作用，因而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， 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。 静态工作点。 当开关K拨向右边时 构成具有恒流源 拨向右边 具有恒流源的差动放 ②当开关 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放 大器。 它用晶体管恒流源代替发射极电阻R 大器 。 它用晶体管恒流源代替发射极电阻 E ， 可以进 一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。 一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
差动放大电路 实验报告
差动放大电路实验报告差动放大电路实验报告一、引言差动放大电路是电子学中常见的一种电路结构，它可以用于信号放大、滤波、抑制噪声等应用。
本实验旨在通过搭建差动放大电路，了解其基本原理和性能特点，并通过实际测量验证理论分析。
二、实验原理差动放大电路由两个共射放大器组成，其输入端分别连接两个输入信号源，输出端连接负载电阻。
两个放大器的输出信号通过电阻网络相互耦合，形成差分输出。
差动放大电路的原理基于差分放大器的工作原理，即通过差分输入信号的放大，实现对差分输出信号的放大。
三、实验步骤1. 搭建差动放大电路根据实验电路图，依次连接电源、信号源、放大器和负载电阻。
注意正确接线，避免短路或接反。
2. 调节电源电压根据放大器的工作要求，调节电源电压，使其稳定在适当的工作范围。
通常，差动放大电路的电源电压为正负12V。
3. 设置输入信号连接信号源，设置输入信号的频率和幅度。
可以选择不同的频率和幅度进行测试，以观察差动放大电路的响应情况。
4. 测量输出信号连接示波器，测量输出信号的波形和幅度。
可以通过调节输入信号的幅度和频率，观察输出信号的变化情况。
四、实验结果与分析通过实际测量，我们得到了差动放大电路的输出波形和幅度。
根据测量结果，我们可以得出以下几点结论：1. 差动放大电路具有良好的共模抑制比。
在理想情况下，差动放大电路输出信号只包含差分信号，而共模信号被完全抑制。
实际测量中，我们可以观察到输出信号中共模信号的幅度非常小，说明差动放大电路具有较好的共模抑制能力。
2. 差动放大电路的增益与输入信号的差分模式有关。
在差分模式下，差动放大电路的增益较高，可以实现信号的有效放大。
而在共模模式下，差动放大电路的增益较低，对信号的放大效果较差。
因此，在实际应用中，我们需要尽可能提高差动信号的幅度，以获得更好的放大效果。
3. 差动放大电路的频率响应较好。
在实验中，我们可以通过改变输入信号的频率，观察输出信号的变化情况。
实验结果显示，差动放大电路在较宽的频率范围内都能保持较好的放大效果，没有明显的频率衰减。
差动放大电路
差动放大电路一、概述差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。
特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。
设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。
二、基本电路图差动放大电路的基本电路图上图为差动放大电路的基本电路图[1]三、差动放大电路的工作原理1、差动放大电路的基本形式对电路的要求是：两个电路的参数完全对称两个管子的温度特性也完全对称。
它的工作原理是：当输入信号Ui=0时，则两管的电流相等，两管的集点极电位也相等，所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。
温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下降，由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相等，其输出电压仍然为零。
它的放大作用（输入信号有两种类型）（1）共模信号及共模电压的放大倍数 Auc共模信号---在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。
如图（2）所示共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量减小，因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。
因此：。
于是差动电路对称时，对共模信号的抑制能力强字串3（2）差模信号及差模电压放大倍数 Aud差模信号---在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。
如图（3）所示差模信号的作用，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电压下降，T2管的集电极电压上升，且二者的变化量的绝对值相等，因此：此时的两管基极的信号为：所以：，由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。
模电综合训练项目九：差动放大器
项目九：差动放大器一．单端BJT 差动放大器（开关电源由镜像电流源提供）。
1.电路设计首先，根据差动放大器的原理，搭建出最基本的由电流镜作为恒流源的差动放大器。
差动放大器单端输出时，差模增益但在这个电路的基础上，根据公式，通过长期的调试，输出最大仍然只能达到6v 。
不能达到所要求的10v 标准。
经回顾总结发现，之所以达不到所需要的输出。
主要原因是静态工作点设置的不合适。
Vce 不够大。
但若通过减小电流或增大R1电阻来Vce 。
则会减小增益。
同样不能得到较大的输出电压。
最终，通过在输入端引入负的直流电压源以降低基级点位，来增大Vce 。
()()be L c d2//r R R R A b v +±=β得到了的输出摆幅2.差模增益和差模输入电阻的测量由上图可得，差模增益Avd=105(此处电压以函数发生器的输入值为准) 差模输入电阻Rid==7283.共模增益，共模输出电阻的测量共模增益Avc=2.5v/40v=0.0625共模输入电阻Ric=1333334.共模抑制比= =16805.改变3，4的极性由图可知，差模信号的输入电阻和增益并未改变。
对比可知，共模增益也未改变。
因此，同时改变两个输入信号的极性不会影响共模增益，差模增益和共模抑制比。
二．单端BJT差动放大器（开关电源由电阻提供）。
1.电路设计考虑到篇幅，且内容类似。
之后的数据就不给出仿真以及详细过程，只在最后的总结中给出。
之后的FET差动放大器也一样。
三．单端FET差动放大器（开关电源由镜像电流源提供）四．单端FET差动放大器（开关电源由电阻提供）电阻的测量可能不准）通过该表我们可以得出：1.开关电流由镜像电流源提供或由单个电阻提供对于放大器的曾一几乎没有影响。
但会影响到到共模输入电阻。
对于BJT差放会显著增大共模输入电阻，对于FET差放来说，可能会减小共模输入电阻（由于两个共模输入电阻的值相差不大，且测量的存在较大误差，导致不确定）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子与电气工程学院
课程设计报告
课程名称模拟电子技术课程设计设计题目差动式放大电路
所学专业名称
班级
学号
学生姓名
指导教师
年月日
电气学院模拟电子技术课程设计
任务书
设计名称：差动式放大电路
学生姓名：指导教师：
起止时间：自年月日起至年月日止
一、课程设计目的
利用Multisim设计一个差动式放大电路。
二、课程设计任务和基本要求
设计任务：能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握设计的基本方法和步骤。
基本要求：
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；
3.在仿真软件中进行调试检测完成课程任务；
4. 撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求，字数要求3000字以上。
目录
摘要与关键词 (4)
1.设计任务 (4)
2.系统工作原理 (4)
3.总电路图设计 (5)
4.仿真测试与分析 (7)
4.1 静态工作点分析 (7)
4.2 直流信号输入 (7)
4.2.1 直流差模信号分析 (7)
4.2.2 直流共模信号分析 (8)
4.3 交流信号输入 (8)
4.4 双端输入分析 (10)
4.4.1 单端输入共模信号分析 (10)
4.4.2 双端输入共模信号分析 (11)
5.设计总结 (13)
6.主要参考文献 (13)
摘要与关键词
摘要：差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。
特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。
差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。
关键词：差动放大器；Multisim软件；示波器；耦合器；晶体管
1.设计任务
利用Multisim设计一个差动式放大电路。
主要参数：选用三极管2N2222A，采用±12V的双电源，差模电压增益|Avd|>20，共模抑制比KCMR>>20.
2.系统工作原理
图一系统工作原理图
单元单路的设计与选择
如图所示采用两个完全一样的三极管组成对称式结构作为差分放大电路的基本单元。
2N2222A：它的特征频率较高为300MHz,导通截止特性良好，所以被推荐用来做高速开关，同时可以用在音频放大上。
放大倍数100—300，集电极电流Ic=600mA,集电极功耗Pc=0.3W。
开关DSWPK3：由三个拨键构成，每一个拨键控制着一路信号的输入与截至，开关上拨为导通状态，下拨为截至状态。
图二差分放大电路
3.总体电路图设计
利用Multisim的设计:
建立如图所示的差动放大电路。
设置Q1、Q2均为结构相同的NPN型晶体管（2N2222A）。
让他们具有相同的基极和集电极偏置电阻，使用电源由正负极性相反的12V双电源构成，放置470欧姆的滑动变阻器控制两个三极管发射极电阻相同。
通过拨动开关J1可选择在差动放大电路的输入端加入直流信号、交流信号。
、拨动开关J2可选择接+0.1V、-0.1V直流电源或者接地。
数字万用表用来测量差动放大电路的直流输出电压，示波器用来测量差动放大电路的交流输入、输出电压。
图三总体电路图
4.仿真测试与分析
4.1静态工作点分析
在菜单栏中执行Simulate/Analyses/DC Operating Point命令，设置4、5、6、8、9、11、12为输出节点，得出如图静态工作点分析结果
图四静态工作点分析
需调整Q1、Q2 VCE=6V使得其工作于放大区。
4.2 直流信号输入
4.2.1直流差模信号分析
分别拨动开关J1、J2，在差动放大电路的输入端加入直流差模信号，Ui=0.2V(Ui1=0.1V、Ui2=-0.1V),通过数字万用表测得Uo1=2.093V，Uo2=7.147V。
通过分析计算差模放大倍数Aud=(2.093-7.147)/0.2=-25.27。
图五万用表-XMM1|2（直流差模信号）
4.2.2直流共模信号分析
电路中加入直流共模信号，Ui=0.1V(Ui1=Ui2=0.1V),通过数字万用表测量
Uo1=Uo2=4.551V。
共模电压放大倍数Auc为零。
图六万用表-XMM1|2（直流共模信号）
4.3交流信号输入（单端输入方式）
分别拨动开关J1、J2，在差动放大电路的输入端加入交流信号，设置函数信号发生
器输出频率1KHz、幅值为10mV正弦波信号。
1)单端输出差模信号分析
2)打开仿真开关，通过示波器观察差动放大电路差模信号输入波形和单端输出波形，
如图所示，可看出输入波形和输出波形同
3)可测得单端输出幅值约为4.801V，而差模输入电压幅值为9.450mV，因此电路单
端输出差模电压放大倍数为50
图七示波器-XSC1示数
2)双端输出差模信号分析
由于Multisim提供的示波器不能直接测量输出端两端电压波形，因此需通过使用后处理器来观察双端输出点压波形。
在进行后处理之前需要对电路进行瞬态分析，然后将瞬态分析结果进行后处理。
瞬态分析是一种非线性电路分析方法，可用来分析电路中某一节点的时域响应。
在进行瞬态分析时，Multisim会根据给定的时间范围，选择合理的时间步长，计算所选节点在每个时间点的输出点压。
通常以节点点压波形作为瞬态分析的结果。
在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，选择节点9、11的电压作为输出变量，得到如图所示瞬态分析结果。
图八记录仪示数
后处理器是专门对仿真结果进行进一步计算处理的工具，不仅能对仿真得到的数据进行加法、减法等运算，还能对多个曲线或数据之间进行数学运算处理。
在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Postprocessor命令，在弹出的后处理器对话框中，选择对两个节点9、11输出电压进行减法运算。
得到最后输出的电压波形。
所以可测得双端输出电压的幅值约为253mV。
因此，电路双端输出差模电压放大倍数-25.3。
这与步骤（2）进行的直流差模信号分析结果基本相同。
图九示波器XSC-1示数
图十后期处理表
4.4双端输入分析
在差动放大电路两个输入端同时加入同样的交流信号
4.4.1单端输出共模信号分析
如图所示可得其中一个输入波形和单端（9点）输出波形，可看出输入波形和输出波形反相，可测得单端输出幅值约为4.609V，而差模输入电压幅值为9.958mV，因此电路单端输出共模电压放大倍数为约为50。
图十一示波器XSC-1示数（差模输入信号）
4.4.2双端输出共模信号分析
在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，选择节点9、11的电压作为输出变量，通过仿真得到如图所示的瞬态分析结果。
图十二示波器 XSC-1瞬间分析
在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Postprocessor命令，在弹出的后处理器对话框中，选择对两个节点9、11输出电压进行减法运算。
得到最后输出的电压波形。
所以通过仿真结果分析，在后处理表中我们可以得出在任意时间下两个节点9、11的电压均相等，可测得双端输出电压的幅值仅为373nV，双端输出共模电压放大倍数Auc<<1,因此，差动放大电路对共模信号具有较好的抑制作用。
图十三差模信号后期处理表
图十四差模信号处理图表
5.设计总结
可见差动电路对共模信号有抑制作用。
像温度的变化对电源电压的波动引起两集电极电流的变化是相同的，因此可以把它们的影响看成是差动电路输入端加入共模信号的结果。
所以差动电路对温度影响有一定的抑制作用，另外和输入信号一起加入的干扰信号也可以被当作共模信号给抑制掉。
但实际电路中两管不可能完全相同，所以要求共模输出电压越小越好。
在仿真中单端输出信号出现明显的失真，导致放大倍数出现偏差，通过静态工作点调试，仍无法得到准确的输出波形，仿真出现误差。
在实际应用中，既有有用的差模信号，也有无用的共模信号，差动电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力，可以用共模抑制比KCMR这一指标来描述：KCMR定义为差模电压放大倍数Aud与共模电压放大倍数Auc之比的绝对值，即 KCMR=|Aud/Auc| KCMR越大，表明对共模抑制的能力越强，理想情况为无穷大。
仿真中较好的实现了对共模信号的抑制，而差模信号的放大实现不好。
6.参考文献
[1]康华光. 电子技术基础（模拟部分）[M]. 第五版. 北京：高等教育出版社，2006
[2] 王立欣. 杨春玲.电子技术实验与课程设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009
[3] 童诗白. 模拟电子技术基础[M].第四版北京：高等教育出版社，2006。