实验四：电子实做实验(差分放大器)

实验四差分放大器实验

1. 实验目的

（1）熟悉差分放大器的工程估算，掌握差分放大器静态工作点的调整与测试方法。

（2）加深理解差分放大器的性能特点。

（3）掌握差分放大器性能指标的测试方法。

2. 实验仪表及器材

（1）双踪示波器

（2）双路直流稳压电源

（3）函数信号发生器

（4）数字万用表

（5）双路晶体管毫伏表

3. 实验电路图

图1-1 差分放大器

如图1-1，当开关K2打向“恒阻”时，实验电路为长尾式差分放大器；当开关K2打向“恒管”时，实验电路为具有恒流源的差分放大器。

4. 知识准备

（1）复习差分放大器的相关理论知识。

（2）根据理论知识对实验电路的静态工作点、电压放大倍数等性能指标进行工程估算。

5. 实验原理

（1）基本原理

差分放大器是一种特殊的直接耦合放大器，它能有效的抑制零点漂移；它的基本性能是放大差模信号，抑制共模信号；常用共模抑制比来表征差分放大器对共模信号的抑制能力；稳流电阻的增加可以提高共模抑制比；但稳流电阻不能太大，因此采用恒流源取代稳流电阻，从而进一步的提高共模抑制比。

差分放大器要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同及各对应电阻值相等。但实际中总是存在元器件不匹配的情况，从而产生失调漂移。为了消除失调漂移，实验电路采用了发射极调零电路来调节电路的对称性；同时由于调零电路引入了负反馈，所以电路得以以牺牲增益为代价获得了线性范围的扩展。

差分放大器的有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出、单端输入双端输出四种连接方式；实验电路采用单端输入单端输出的连接方式。

（2）静态工作点的调整

实验电路通过调节电位器R p 使两个三极管的集电极电压相等来调节电路的对称性，完成电路的调零。

（3）静态工作点的测量

静态工作点的测量就是测出三极管各电极对地直流电压V BQ 、V EQ 、V CQ ，从而计算得到V CEQ 和V BEQ 。而测量直流电流时，通常采用间接测量法测量，即通过直流电压来换算得到直流电流。这样即可以避免更动电路，同时操作也简单。

EQ CQ CEQ V V V -= EQ BQ BEQ V V V -= e EQ EQ R V I = C CQ CC CQ )(R V V I -=

（4）电压放大倍数的测量

差分放大器有差模和共模两种工作模式，因此电压放大倍数有差模电压放大倍数和共模电压放大倍数两种。

在差模工作模式下，差模输出端U od1是反相输出端，U od2是同相输出端，则差模电压放大倍数为：

ud2ud1ud A A A += ud2i

od2i od1ud1A U U

U U A -=-==

在共模工作模式下，共模输出端U oc1、U oc2均为反相输出端，则共模电压放大倍数为：

uc2uc1uc A A A -= uc2i

oc2

i oc1uc1A U U U U A ===

电路的共模抑制比K CMR 为：

cd ud CMR A A K =

或 dB 20lg cd

ud CMR A A

K =

（5）输入电阻的测量

差分放大器差模输入电阻

R i远小于测量仪表的内阻，所以测试采用图1-2所示的测试方法。

在信号源和电路的输入端之间串接一个电阻R，将微小的输入电流I i转换成电压进行测量；在输出波形不失真的情况下输入信号U i，测量出U s及U i，则输入电阻为：

R

U

U

U

R

U

U

U

I

U

R

i

S

i

i

S

i

i

i

i)

(-

=

-

=

=

可以证明，只有在

s

i

s2

1

U

U

U=

-时测量误差最小；同电阻R的准确度直接影响测量的准确度，电阻R不宜取得过大，否则易引入干扰；也不宜取得过小，否则易引起较大的测量误差。因此，电阻R应选择精密的电阻，同时选取R和R i一个数量级，且R≈R i，以减小测量误差。

（6）输出电阻的测量

差分放大器差模单端输出的输出电阻R o的测量采用图1-3所示的测试方法。

开关K打开时测出U o，开关K闭合时测出U oL，测输出电阻为：

L

oL

oL

o

L

oL

oL

o

o

R

U

U

U

R

U

U

U

R

-

=

-

=

可以证明，只有在

o

oL

o2

1

U

U

U=

-时测量误差最小；同时电阻R L的准确度直接影响测量的准确度，因此电阻R L应选择精密的电阻，同时选取R L和R o一个数量级，且R L≈R o，以减小测量误差。

（7）差模传输特性的测量

差模传输特性是指差分放大器在差模信号输入时，输出电流I c随输入电压U id的变化规律。由于在电路确定以后，输出电流-I c1（-I c2）的变化规律与U c1（U c2）的变化规律完全相同，而且测量电压比测量电流要方便，所以可以用示波器来测量差模传输特性曲线；差分放大器的差模单端输出特性曲线如图1-4所示，差模双端输出特性曲线如图1-5所示。

图1-3 输出电阻测量原理图

图1-2 输入电阻测量原理图