实验3.7 差动放大器

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实验3.7 差动放大器

一、实验目的

（1）理解差动放大器的工作原理，电路特点和抑制零漂的方法。 （2）掌握差动放大器的零点调整及静态工作点的测试方法。

（3）掌握差动放大器的差模放大倍数、共模放大倍数和共模抑制比的测量方法。

二、实验设备及材料

函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板。

三、实验原理

差动放大器实验电路如图3.7.1所示，其中晶体管T 1、T 2称为差分对管，与电阻R

C1、R C2及电位器R W 共同组成差动放大的基本电路。其中R C1=R C2，R W 为调零电位器，若电路完全对称，静态时R W 应处为中点位置，若电路不对称，调节R W ，使U o 两端静态时的电位相等（U o = 0）。

晶体管T 3、D 1与电阻R e3和R 2组成恒流源电路，可以为差动放大器提供恒定电流I 0。两个R 1为均衡电阻，给差动放大器提供对称的差模输入信号。由于电路参数完全对称，当外界温度变化，或电源电压波动时，对电路的影响都是一样的，因此差动放大器能有效的抑制零点漂移。

1、差动放大器的输入输出方式，如图3.7.1所示电路。 根据输入信号和输出信号的不同方式有四种连接方式。

（1）双端输入—双端输出：输入信号U i 加在U i1、U i2两端：U i =U i1-U i2；输出U o 取自U o1、U o2两端：U o =U o1-U o2。

（2）双端输入—单端输出：输入信号U i 加在U i1、U i2两端：U i =U i1-U i2；输出U o

图3.7.1 差动放大器实验电路

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取自U o1或U o2到地的信号：U o =U o1或U o =U o2。

（3）单端输入—双端输出：输入信号加在U i1上，U i2接地（或U i1接地而信号加在U i2上）；输出U o 取自U o1、U o2两端：U o =U o1-U o2。

（4）单端输入—单端输出：输入信号加在U i1上，U i2接地（或U i1接地而信号加在U i2上）；输出U o 取自U o1或U o2到地的信号：U o =U o1或U o =U o2。

连接方式不同，电路的性能参数有所不同。 2、静态工作点的计算

具有恒流源的差动放大器静态时（U i = 0），由恒流源电路得 e3

BE

D 0R U U I -=

（3-7-1）

其中U D 为稳压管D 1的稳压值，U BE 为发射结压降。

差动放大器中的T 1、T 2参数对称，则

I C1 = I C2 = I 0 /2 （3-7-2）

2

C1

0CC C1C1CC C2C1R I U R I U U U -

-=== （3-7-3） 由（3-7-3）式可知，具有恒流源的差动放大器的工作点，主要由恒流源I 0决定。

3、差动放大器的主要指标计算 （1）差模放大倍数A ud

由分析可知，差动放大器在单端输入或双端输入方式不同时，它们的差模电压增益相同。但是对双端输出和单端输出方式的不同，差模电压增益不同。在此仅分析双端输入情形，单端输入情形可自行分析。

差动放大器的两个输入端分别输入两个大小相等，极性相反的差模信号U id1、U id2

（U id1=-U id2），差动放大器的差模输入信号U id = U id1-U id2。

双端输入—双端输出时，差动放大器的差模电压增益为

（3-7-4）

式中 L L C ||2

R R R '=。A u1为单管电压增益。 双端输入—单端输出时，差模电压增益为：

od1od1L

ud1u1W id id1b be 1222((1))2

U U R A A U U R r ββ'≈

===

+++ （3-7-5） 式中L C L ||R R R '=。

（2）共模放大倍数A uC

差动放大器的两个输入端同时加上两个大小相等，极性相同的共模信号，即

od od1od2L

ud u1W

id id1id2

b be (1)2

U U U R A A R U U U R r ββ'-=

===

-+++

110

U ic =U i1=U i2。

单端输出时的共模电压增益

oC1oC2L L

uC1uC2

W iC iC

e b be e

2(1)(1)2

U U R R A A R U U R R r R βββ''====≈''+++++ （3-7-6） 式中e

R '为恒流源的交流等效电阻。即 3E3

e ce3be3E3B

(1)R R r r R R β'=+++ （3-7-7）

)

mA ()

mV (26)

+1(+Ω300=3E 3

be I βr （3-7-8） 12B ||=D r R R （3-7-9） 其中r D1为稳压管D 1的动态电阻。由于r be3（T3的集电极输出电阻）一般为几百千欧，所以e L R R ''>>，故共模电压增益A uC < 1，在单端输出时，共模信号得到了抑制。

双端输出时，在电路完全对称情况下，则输出电压U oC1=U oC2，共模增益为 0==

iC

oC2

oC1uC U U U A - （3-7-10）

式（3-7-10）说明，双端输出时，对零点漂移，电源波动等干扰信号有很强的抑制能力。

如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则U o1与U o2的值近似为零，示波器观测U o1与U o2的波形近似于一条水平直线。共模放大倍数近似为零，则共模抑制比K CMR 为无穷大。如果电路的对称性不好，或恒流源不恒定，则U o1、U o2为一对大小相等极性相反的正弦波（示波器幅度调节到最低档），用长尾式差动放大电路可观察到U o1、U o2分别为正弦波，实际上对管参数不一致，受信号频率与对管内部容性的影响，大小和相位可能有出入，但不影响正弦波的出现。

（3）共模抑制比K CMR

差动放大电器性能的优劣常用共模抑制比K CMR 来衡量，即：

（3-7-11）

单端输出时，共模抑制比为：

ud1L CMR

W

uC b be

++(1+)2

A R K A R r ββ'== （3-7-12） 双端输出时，共模抑制比为：

ud

CMR uC

A K A =

=∞ （3-7-13） dB

lg 20 uC ud CMR uC ud CMR A A

K A A K ==或