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。

图4.10.1 差放大电路

图4.10.2 5G921S 外引线排列

2、对差模信号的放大作用

当T1、T2的基极分别接入幅度相等、极性相反的差模信号时，使两管的发射极产生大小相同、方向相反的变化电流。这两个电流同时流过发射极电阻Re(开关位置“1”时)，结果互相抵消，即Re 中没有差模信号电流流过，也就么没有对差模电压产生影响。但对T1、T2而言，一个管子集电极电流增大，另一个管子集电极电流减小，于是在两管集电极之间的输入电压就是被放大了的差模输入电压。

双端输出时，差模放大倍数为

2

/)1(221'

1

12

1p be L

Id Od Id Id od vd R r R v v v v v A ββ++-

==

-=

式中

RL'=RC//(RL/2)，（本图所示电路中RC=R3=R4,RL 无穷大）

单端输出时，差模放大倍数为

]2/)1([22

11'

21p be L

vd vd vd R r R A A A ββ++-

==

-=

3.对共模信号的抑制作用

放大电路因温度、电压波动等因素所引起的零点漂移和干扰都属于共模信号，相当于在差分放大器两个管子的输入端加上大小相同，方向相反的信号。将图4.10.1所示的电路中两个输入端A 和B 短路，并接到信号源输出端上，则差分放大电路就获得了共模输入信号vIc ，这是输出端可侧的平衡输出共模信号vOc 或单端输出共模电压vOc1(或vOc2)。 双端输出时为

2

11≈-=

=

Ic

Oc Oc Ic

Oc vc v v v v v A

单端输出时为

]

,22

)

1(,2

11[2R 22

)

1(R '

11'

1

'

211c L be e p p e e

c e

L e p be L

Ic

Oc Ic

Oc vc R R r R R R k R R R R R R r v v v v A =>>++>>

Ω=-=

-≈+++-=

=

=

）（β）

（ββ

4.共模抑制比KCMR 双端输出时

≈∝

=||

vc

vd CMR A A K

单端输出时

2

)

1(||

11

1p be e

vc vd CMR R r R A A K ββ++≈

=

该式表明，Rp1愈大 ,共模抑制能力愈弱，这是因为21

p P 对Avd1（或Avd2）的影响远比对Avc1（或Avc2）的影响大的缘故。该式还表明，Re 愈大，抑制共模干扰信号的能力愈强，即愈高。 5.用恒流源代替

当开关S 置于位置"2"时，电阻R 就被恒流源所代替。当静态工作点相同时，其差模放大倍数与典型差放电路相同，而由于恒流源的交流等效电阻rce3'>>Re ，所以共模放大倍数很小，共模抑制比很大。

四、实验内容与步骤

1.典型差分放大器测试 将开关S 置于位置“1”处

（1）测量静态工作点

按图4.10.1组装好电路，将差动输入端A 、B 两点接地，调节电位器Rp1，使Vo=0V ，然后测量T1、T2的静态工作点，记入表4.10.1中。

调节信号发生器，使之输出VIPP=100mV ，ƒ=1kHz 的正弦波，将其送入三极管T1的输入端A （B 接地）。用示波器观测单端输入、双端输出的电压波形，计算差模放大倍数；观测单端输入、单端输出的电压波形，计算差模放大倍数Avd1和Avd2，填入表4.10.2中。 （3）测量共模电压放大倍数

将A 、B 两端短路，并直接接到信号源的输出端，信号频率不变，用示波

器测量VO2PP 算出Avc2及KCMR=22

vc vd A A ，填入表4.10.2中。

表4.10.2（V IPP =100mV ，ƒ=1kHz ）

2.具有恒流源的差分放大器测试