(完整word版)差分放大器设计的实验报告

设计课题

设计一个具有恒流偏置的单端输入-单端输出差分放大器。

学校：延安大学

一： 已知条件

正负电源电压V

V V V EE cc

12,12-=-+=+；负载Ω=k R

L

20；输入差

模信号mV

V

id

20=。

二：性能指标要求

差模输入电阻Ω>k R id

10；差模电压增益15≥vd A ；共模抑制

比dB K CMR

50>。

三：方案设计及论证

方案一：

方案二

方案论证：

在放大电路中，任何元件参数的变化，都将产生输出电压的漂移，由温度变化所引起的半导体参数的变化是产生零点漂移的主要原因。采用特性相同的管子使它们产生的温漂相互抵消，故构成差分放大电路。差分放大电路的基本性能是放大差模信号，抑制共模信号好，采用恒流源代替稳流电阻，从而尽可能的提高共模抑制比。

论证方案一：用电阻R6来抑制温漂

•优点：R6 越大抑制温漂的能力越强；

•缺点：<1>在集成电路中难以制作大电阻；

<2> R6的增大也会导致Vee的增大（实际中Vee不

可能随意变化）

论证方案二

优点：（1）引入恒流源来代替R6,理想的恒流源内阻趋于无穷，直流压降不会太高，符合实际情况；

（2）电路中恒流源部分增加了两个电位器，其中47R的用来调整电路对称性，10K的用来控制Ic的大小，从而调节静态工作点。

通过分析最终选择方案二。

四：实验工作原理及元器件参数确定

•静态分析：当输入信号为0时，

•I EQ≈(Vee-U BEQ)/2Re

•I BQ= I EQ /(1+β)

•U CEQ=U CQ-U EQ≈Vcc-I CQ Rc+U BEQ

动态分析

•已知：R1=R4,R2=R3

•Rid=2(R1+Rbe)+Rw1+Rw2>10K Uid=2ib1(R1+Rbe) •Uod=βIb1(Rc//Rl)

•Aid=Uod/Uid= -β(R2//Rl)/2(R1+Rbe)

•Uoc=(Rc//Rl)* β*Ib1

•Uic=Ib1(Rb1+Rbe)+（1+ β）Ib*(2Re+Rw1)

•Re约等于无穷Aic=Uoc/ Uic=0

Kcmr=Aid/Aic=20lg(Aid/Aic)>50db

元件参数确定：

取恒流源电流I0=1mA, 则I C1=I C2=0.5mA, β=40

由计算得，R1=R4 =2.7k, R2=R3=10K, R6=R7=2K,

R10=5K, R8=20K.

五：实验仿真及数据计算

（1）差模增益仿真图

（2）共模增益仿真图

（3）:输入电阻测量：

由仿真图（1）得：Aid=22.98>15

(2)得：Aic=0.000407

(3)得：Ri=[18.818∕（20-18.818）]*1k=15.92>10k Kcmr= Aid∕Aic=56461.9>320=50dB

六：实验调试

静态工作点的调试：

理论上为达到性能指标，输入为零时，实验过程中应用万用表测量Q1和Q2的电压，同时调节47K电位器，使得电压为零，然后调节10k电位器，使得R10电压为5V.

实际调试，通过调节47k电位器，Q1和Q2的电压最小只能达到0.68V,R10上的电阻可以达到5V。

动态特性调试：

当输入电阻为 2.7k时，测得输入电阻为19.4k,差模电压增益为7.9；实际要求差模电压增益大于15，因此不满足指标要求，因此根据理论差模电压增益的计算公式知：可通过减小R1和R4（R1= R4），来提高差模电压增益，故换用R1,R4为500R,此时测得放大倍数为41.8，但输入电阻为6.7K，不满足要求，根据理论输入电阻计算公式得应适当增大R1，R4，故换用R1,R4为1K，此时测得差模增益20.5，输入电阻为12.8K，满足指标要求，并测得共模增益为0.04，计算得共模抑制比为512.5，大于50dB,满足指标要求。

七：实验改进措施：

在此次实验中，我们通过调整两个电位器使静态工作点得以改变，并且调整使电路对称性最好，提高了电路的可控性和实验精度，减小了实验误差。

八：实验心得：

通过本次实验，我们对此电路原理有了深刻的认识，在焊接元器件和实验的调试过程中，我们不断地改进电路性能，发现问题并解决问题，最终达到性能指标要求。这对我们的动手实践能力、解决实际问题的能力都有了很大的提高。