带有恒流源的差分放大电路

电子信息科学与技术专业设计报告
差分放大电路
目录
一.实验目的 (2)
二．设计仪器与元器件 (2)
三.设计要求 (2)
四.设计思路 (2)
1. 器件选择 (2)
2.设置静态工作点计算元件参量 (2)
3．静态工作点的调整和测量 (3)
五.差模电压增益A VD的测量 (3)
六．设计原理 (4)
七.仿真波形 (4)
八. 实验结果.................................................................................5 九. 问题讨论 (6)
一． 实验目的：
1．掌握差分放大器的主要特性参数及测试方法;
2．学会设计有恒流源的差分放大器及电路的调试技术; 3. 掌握差分放大器的基本实验要领
二． 设计仪器与元器件：
低频信号发生器 EE1641B 1台
数字万用表 UT2003 1台
双踪示波器 COS5020或TDS210 1台 实验箱 导线若干
三. 设计要求：
预设一具备恒流源偏置的单端输入—双端输办差分放大器。

已知条件：+UCC=+12V ，, UEE=-12V,RL=20K ，Uid=20mv 。

机能指标要求：Rid>20k,Au≥20,KCMR>60dB。

四． 设计思路：
1.按照题意要求共模抑制比较高，即电路的对称性要好，由于实验室条件有限选择 VT1，
VT2 ，VT3为9013，其放大倍数均为100。

设置静态工作点计算元件参量
2．差分放大器的静态工作点首要由恒流源Im 决定，故一般先设定Im 。

Im 越小，恒流源越稳定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高，但是也不能太小，此处取值2mA 。

则 Ie1Q=Ie 2Q≈I m/2=1mA
(1)由rbe=300Ω+(1+100)26Mv/IEQ=300Ω+(1+100)26/ Ie =2926Ω 要求Rid>20k, 故 R id =2(R B1+ r be )＞20k
则 R B1＞(10-2.926)k Ω=7.074 k Ω
取R B1= R B2=8.5 k Ω
(2) 要求AVD ≥20
201'≥+-=be
B L VD
r R R A β 即100（R c1//10）/
(2.926+8.5) >20
则R c1>5.3 k Ω 取R c1=10 k Ω
（3）计算静态工作点
V R I V V V C C CC Q C Q C 221=-==基极：
()V R I V V B C Q B Q B 0./121≈==β
则V V V Q E Q E 7.021-≈= （4）计算恒流源参数，则
100
101
2127.012
100202.0100
202.210110023233213⨯=
+-++
=-===⨯==R X R x R x X mA I mA Ie mA Ic b 则为假设此管子基极的电势且故 取R 1= R 2取X=-6.3
则R 1= R 2= 18 k Ω R 3=2.46 k Ω
为了方便调整电路的对称性，可以在T 1、T 2两管的射极接入一阻值较小的电位器RP1。

3.静态工作点的调整和测量
输入端接地,用数字电压表测量差分对管VT1,VT2的集电级对地的电压UC1Q,UC2Q ，UC1Q 与UC2Q 相等，再测量电阻RC1两端电压，并调节滑变，使Im 的值满足预设要求2MA 。

由于Im 为设定值，用万用表分别测量VTI ，VT2的各级对地的电压。

要求VT1，VT2工作在放大状况，将输入端输入差模信号Uid=20mv 。

对称后，用万用表测量UC1Q ，UC2Q ，UB1Q ，UB2Q ，UE1Q ，UE2Q 的值。

五． 差模电压增益A VD 的测量方法
输入差模信号为V id =20mV 、f=1000Hz 的正弦波,设差分放大器为单端输入-单端输出接法,用双踪示波器观察V C1、V C2(它们应是一对大小相等、极性相反的不失真正弦波),用晶体管毫伏表或双踪示波器分别测量V C1、V C2值后,用下式计算: 双端输出时的差模电压增益
id
C C VD
V V V A )
(21+=
如果V C1与V C2不相等,则说明放大器的参数不完全对称。

若V C1与V C2相差较大,则应重新调整静态工作点,使电路性能尽可能对称。

共模特性是由示波器测得的, 当从差分放大电路器的两个输入端一对差模信号(大小相等、极性相同)时,与差分放大器的四种接法对应的共模电压增益A VD 、共模输入电阻R id 、共模输出
电阻R od 的关系,常用共模抑制比K CMR 来表示;
VC
VD CMR
A A K =
dB A A K VC
VD
CMR
lg 20=
K CMR 越大，说明差分放大器对共模信号的抑制力越强，放大器的性能越好。

六：设计原理：
根据推理可以得到电路原理图，波形图如下：
七． 仿真波形
八.实验结果
将本设计在EWB软件上进行仿真，在输出端接上示波器后可以观察到输出符合设计。

将电
路用实验箱进行连接，在输入端用函数信号发生器产生20mv 的交流电压，输出端接示波器可以观察到示波器上显示出放大后的信号。

由于实际中即使型号相同的两只管子也可能在特性上具有一定差异，所以可以在12两个管子的发射极接上滑动变阻器来调节使两只管子的参数尽量保持一致。

如果使用BG319由于管子对称性相对比较好可以不用接滑动变阻器来调节。

九. 问题讨论
1. 由于本设计是在假设管子的对称性很好的情况下计算参数并设计的，恒流源的设计中使用的是与基本电路相同的管子，由于实际中即使型号相同的两只管子也可能在特性上具有一定差异，所以对上述设计进行一定改进，在恒流源的设计中使用两只相同管子，具体设计图如下：
参数计算如下：（1）.I R =I 0=1mA ，I C1=I C2=I 0/2=0.5mA
{}6.5mA
2/I 26mV
)
1(300mA 0be =⋅++Ω=βr
要求Rid ＞20k R id =2(R B1+ r be )＞20k 则 R B1＞ 4.4k 取R B1= R B2=4.6k
（2）要求AVD ≥20
201'≥+-=be
B L VD
r R R A β 取A VD=30 Ω='k R 0.3L
则 因为：C
L L C L R R R R R +=
)2/()
2/.('
所以：Ω='-⋅'=
k 3.4)2/()2/(L
L L L
C R R R R R 取R C1= R C2=4k
（3）.计算T1、T2静态工作点： 集电极：
V R I V V V C C CC Q C Q C 1021=-== 基极：
()V R I V V B C Q B Q B 004.0./121≈===β
则V V V Q E Q E 7.021-≈=
（4）.计算恒流源电路参数： E
EE R R R V V I I +--=
=7.00
K
R R E 65.5=+ 取R E3= R E4=3k
，则R=2.65k
为方便调整I 0，R 用2k 电阻与10k 电位器R P2串联。

T 3、T 4静态工作电压
V B3= V B4= -I R *R= -5.3V V E3= V E4= V B3 – 0.7= -6V
为了方便调整电路的对称性， 在T 1、T 2两管的射极接入一阻值较小的电位器RP1。

2. 在实验箱上连接时应该注意什么？
答：（1）由于设计的电阻在实验箱上可能没有正好匹配的，可以选择几个电阻进行串联来达到目的，或者利用实验箱上拥有的电阻进行并联来近似。

（2）由于线路比较多有时候发生错误以后难于检查，一旦发生错误可能需要重新连接电路，这样比较浪费时间，所以尽量使用不同颜色的导线来区分每个支路，这样会给。