5差分放大的設(shè)計(jì)和調(diào)試

1、一、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、二、?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理三、三、實(shí)驗(yàn)線實(shí)驗(yàn)線路板路板五、五、預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)要求四四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求六、六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及思考題實(shí)驗(yàn)報(bào)告及思考題實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)七 差分放大電路設(shè)計(jì)和調(diào)試差分放大電路設(shè)計(jì)和調(diào)試1. 加深對差動(dòng)放大電路工作原理及特點(diǎn)的理解；加深對差動(dòng)放大電路工作原理及特點(diǎn)的理解；了解零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的原因與抑制零漂的方式；了解零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的原因與抑制零漂的方式；了解提高共模抑制比的方法。了解提高共模抑制比的方法。2. 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)具有恒流源的差動(dòng)放大電路及電路的學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)具有恒流源的差動(dòng)放大電路及電路的調(diào)試方法。調(diào)試方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康? . 掌握差動(dòng)放大

2、電路的基本參數(shù)的測試方式。掌握差動(dòng)放大電路的基本參數(shù)的測試方式。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理r rr rr rr rr rv vv v+ +- -v vccccc c2 22 22 2e e1 1i i0 0- -+ +v vv vc1c1b bi ib b1 1+ +1、直流放大電路的特點(diǎn) 在生產(chǎn)實(shí)踐中，常需要對一些變化緩慢的信號進(jìn)行放大，此時(shí)就不能用rc耦合放大電路了。為此，若要傳送直流信號，就必須采用直接耦合。下圖就是一種簡單的直流放大電路。 由于該電路級間是直接耦合，不采用隔直元件（如電容或變壓器），便帶來了新的問題。v由于電路的各級直流工作點(diǎn)不是互相獨(dú)立的直流工作點(diǎn)不是互相獨(dú)立的，便產(chǎn)生

3、級間電平如何配置才能保證有合適的工作點(diǎn)和足夠的動(dòng)態(tài)范圍的問題。v由于溫度、電源電壓的變化或其他干擾而引起的各級工作點(diǎn)電位的緩慢變化，都會(huì)經(jīng)過各級放大使末級輸出電壓偏離零值而上下擺動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為零這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移點(diǎn)漂移。2差分放大電路的特點(diǎn)（1 1）典型分放大電路）典型分放大電路如下圖所示。它是一種特殊的直接耦合放大電路，要求電路兩邊的元器件完全對稱，即兩管型號相同、特性相同、各對應(yīng)電阻值相等。 （2 2）帶恒流源的差動(dòng)放大器）帶恒流源的差動(dòng)放大器 為了改善差動(dòng)式直流為了改善差動(dòng)式直流放大電路的零點(diǎn)漂移，利用了放大電路的零點(diǎn)漂移，利用了負(fù)反饋能穩(wěn)定工作點(diǎn)的原理，負(fù)反饋能穩(wěn)定工作點(diǎn)的原理，在

4、兩管公共發(fā)射極回路接入了在兩管公共發(fā)射極回路接入了穩(wěn)流電阻穩(wěn)流電阻r re e和負(fù)電源和負(fù)電源v veeee，r re e愈大，愈大，穩(wěn)定性愈好。但由于負(fù)電穩(wěn)定性愈好。但由于負(fù)電源不可能用得很低，因而限制源不可能用得很低，因而限制了了r re e阻值的增大。為了解決這阻值的增大。為了解決這一矛盾，實(shí)際應(yīng)用中常用晶體一矛盾，實(shí)際應(yīng)用中常用晶體管恒流源來代替管恒流源來代替r re e，形成了具，形成了具有恒流源的差動(dòng)放大器，電路有恒流源的差動(dòng)放大器，電路如圖所示的差動(dòng)放大器，應(yīng)用如圖所示的差動(dòng)放大器，應(yīng)用十分廣泛。十分廣泛。 當(dāng)某些環(huán)境因素或干擾存在時(shí)，會(huì)引起電路參數(shù)變化。例如當(dāng)溫度升高時(shí)，三極管

5、vbe會(huì)下降，會(huì)增加，使兩管的集電極電流增加了icq1= icq2 = icq，使兩管集電極對地電位也產(chǎn)生了一個(gè)增量vcq1和vcq2，且數(shù)值相等。此時(shí)輸出電壓的變化量vo=vcq1 - vcq2=0，由于差分放大對共模信號的抑制作用， vcq1和vcq2不會(huì)對下一級產(chǎn)生影響。 結(jié)論：抑制了零點(diǎn)漂移3 3差分放大電路的特性差分放大電路的特性（1） 傳輸特性傳輸特性 傳輸特性是指差動(dòng)放大器傳輸特性是指差動(dòng)放大器在差模信號輸入時(shí)，輸出電流在差模信號輸入時(shí)，輸出電流ic隨輸入電壓的變化規(guī)律，傳隨輸入電壓的變化規(guī)律，傳輸特性曲線如圖所示。輸特性曲線如圖所示。 由傳輸特性可以看出：傳由傳輸特性可以看出：

6、傳輸特性直觀地反映了差分放大輸特性直觀地反映了差分放大器的電路對稱性及工作狀態(tài)，器的電路對稱性及工作狀態(tài)，可用來設(shè)置差動(dòng)放大器的靜態(tài)可用來設(shè)置差動(dòng)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)及調(diào)整與觀測電路的對工作點(diǎn)及調(diào)整與觀測電路的對稱性。稱性。（2）對差模信號的放大作用：）對差模信號的放大作用： 雙端輸入雙端輸入-單端輸出：單端輸出：)1 (5 . 0(211pbeblidovdrrrrvvalclrrr/式中,)1 (5 . 0pbeblidodvdrrrrvvalclrrr21/ 雙端輸入雙端輸入-雙端輸出雙端輸出：式中, rl為負(fù)載 vo1vo2q2q1rer2 100r2 100rprc rcvo-vee-

7、12vvcc+12v-+-+vi2vi1（3）對共模信號的放大作用：）對共模信號的放大作用：雙端輸出：雙端輸出：0vvvvvaic2oc1ocicocvc單端輸出：單端輸出：lclrrr/式中,elpebeblicovcrrrrrrrvva2)5 . 02)(1 (111vo1vo2q2q1rer2 100r2 100rprc rcvo-vee-12vvcc+12v-+-+vi2vi1注意：用晶體管構(gòu)成的恒流源來代替re ，則上式的re“集射”之間的交流阻抗（達(dá)幾十k 幾m）。 （4）共模抑制比vcvdaacmrr pbebe1vc1vdr)1 (5 . 0rrraacmrr 共模抑制比指差分

8、放大器的差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，即： 共模抑制比說明了差分放大器對共模信號的抑制能力，其值越大，則抑制能力越強(qiáng)，放大器的性能越好。 對于單端輸出電路，可以得到共模抑制比：4、設(shè)計(jì)方法 （舉例）設(shè)計(jì)一具有恒流源的雙端輸入-雙端輸出差分放大電路。 晶體管主要參數(shù)為80， ；100rbb電源電壓vcc=12v， vee=-12v；負(fù)載 rl=30k。差分放大電路性能指標(biāo)要求：差模輸入電阻rid30k，雙端輸出差模增益avd30，共模抑制比cmrr60db。kimvrrbbbe312. 42/26)1 (0krrrrpbebid30)2)1 (2maiiicc5 . 02/021差分放

9、大器的靜態(tài)工作點(diǎn)主要由恒流源決定，故一般先設(shè)定。i0取值不能太大，i0越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的輸入阻抗越高。但也不能太小，一般為幾百微安幾毫安。這里取i0=1ma，則：射極電阻rp不能太大，否則負(fù)反饋太強(qiáng)，使得放大器增益很小，一般取100左右的電位器，以便調(diào)整電路的對稱性，現(xiàn)取rp =100。則rb 6.638k，取rb=8.2k。ic1 、 ic2的確定的確定rb 的確定要求要求avd30，即：，即： rc的確定的確定30)1 (r5 . 0rr(rvvapbeblid1o1vdkrl21. 6krrrlcl021. 62/，則rc10.6k，取rc= 15k；rl20kvri

10、vvvcccccc5 . 421v0rivv1rbc2b1b 驗(yàn)證直流工作點(diǎn)是否正確？ 則ve1=ve2=-0.7v ,放大器工作在放大狀態(tài)，且有足夠的動(dòng)態(tài)范圍。上述參數(shù)選擇合理。如參數(shù)不合理，可修改的i0值，重新計(jì)算電路參數(shù)。對于恒流源電路，其靜態(tài)工作點(diǎn)及元件參數(shù)計(jì)算如下：取ir=i0=1ma, re3=re4=re,則marrvvieeer17 . 0r+re =12.7 k射極電阻re一般取幾千歐，這里可取re4 =re3 =2k，則r=10.7k，為調(diào)整i0方便，r用8.2k固定電阻r1與5k電位器r2串聯(lián)。恒流源電路的參數(shù)確定恒流源電路的參數(shù)確定三、實(shí)驗(yàn)線路板三、實(shí)驗(yàn)線路板單、雙端輸

11、出選擇短路線選擇輸入信號產(chǎn)生+100mv、- 100mv交流輸入1.設(shè)計(jì)并組裝電路，測試并調(diào)整電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。vi1=vi2=0（接地）。 vc1vc2ve1ve2vbe1vbe2vre3計(jì)算icq1icq2i0理論值 測試值 2.調(diào)節(jié)放大器零點(diǎn)：vi1=vi2=0 vi1=vi2=0, 調(diào)rp，使vo=0。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求 3.測量差模電壓放大倍數(shù)。在輸入端vi1、vi2分別加入直流差模信號vid0.1v。用數(shù)字萬用表測量單端電壓vod1、vod2 及雙端輸出電壓vod 。計(jì)算其電壓放大倍數(shù)ad1、ad2及ad。從單端輸入、加入vi=50mv，f=1khz的正弦交流信號

12、。分別測量、記錄單端及雙端輸出電壓，計(jì)算單端及雙端的差模放大倍數(shù)。4.測量共模電壓放大倍數(shù)。將輸入端vi1、vi2短接，在輸入端加入直流電壓信號+0.1v。由測量數(shù)據(jù)算出單端和雙端輸出的電壓放大倍數(shù)。進(jìn)一步算出共模抑制比:。cdaacmrr=輸入信號類型vivod1vod2vodad1（單端）ad2（單端）ad（雙出）差模100mv（雙端輸入） 差模5mv；1khz（單端輸入） / / 共模+100mv（雙端輸入） / / / cmrr測試表格:1.復(fù)習(xí)教材中差分放大器電路的工作原理和性能指標(biāo)。2.根據(jù)課題要求，設(shè)計(jì)差分放大器電路，計(jì)算并確定電路參數(shù)。3.用pspise對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，并與理論計(jì)算進(jìn)行比較，如有必要修改電路參數(shù)。（1）作靜態(tài)分析，測量靜態(tài)工作點(diǎn)，分析是否合理。 （2）加上輸入信號，對電路作dc sweep分析，作輸出電流ic1、ic2隨vi的傳輸特性及vc1、vc2、隨vi的傳輸特性，并可根據(jù)傳輸特性，調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。（3）作交流分析，測量差模電壓增益頻響曲線、共模電壓增益頻響曲線、差模輸入電阻的頻響曲線。驗(yàn)證你的電路是否滿足設(shè)計(jì)的