實(shí)驗(yàn)四差分放大器

1、實(shí)驗(yàn)四 差分放大器實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握差分放大器偏置電路的分析和設(shè)計(jì)方法；2、掌握差分放大器差模增益和共模增益特性，熟悉共模抑制概念；3、掌握差分放大器差模傳輸特性。一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。根據(jù)圖示電路計(jì)算電路性能參數(shù)。電路圖：ICQ(mA)V1(V)V2(V)gm(mS)Rid()AvdAvcKCMR1.01662.9672.96739.18.679-78.186-1.94620.089二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。1、在Multisim中對(duì)電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析。電路圖：ICQ(mA)V1(V)V2(V)V3(V)V4(V)V5(V)1.001252.99752.99751.00341.57651.55492、固定輸

2、入信號(hào)頻率為2kHz，輸入不同信號(hào)幅度時(shí)，測(cè)量電路的差模增益。觀察輸出波形，計(jì)算差模增益Avd，觀察并記錄節(jié)點(diǎn)1的基波功率和諧波功率。輸入信號(hào)單端幅度（mV）11020Avd-72.945-70.25-63.00基波功率（dBm）-24.179-4.5450.735二次諧波（dBm）-97.123-57.937-46.529三次諧波（dBm）-104.334-46.478-30.2951mV： 10mV： 20mV： 思考：Avd在不同輸入信號(hào)幅度的時(shí)候一樣嗎？若不一樣，請(qǐng)解釋原因。答：Avd在不同輸入信號(hào)幅度時(shí)不一樣。在不相同的信號(hào)輸入時(shí)，、rbe、rce都會(huì)有一定程度的改變，導(dǎo)致了Avd的

3、改變。3、將V2輸入信號(hào)幅度設(shè)為10mV，頻率為2kHz，輸入信號(hào)V3幅度設(shè)置為0，仿真并測(cè)量輸出信號(hào)幅度。若V1V2的幅度不一致，請(qǐng)解釋原因，并寫(xiě)出詳細(xì)的計(jì)算和分析過(guò)程。波形圖：Vo1與Vo2的幅度有差異。分析：?jiǎn)味溯敵鲂盘?hào)中包含了差模輸出部分和共模輸出部分，因此造成了兩邊單端輸出了不同的幅度，其中Vo1=Voc+12VodVo2=Voc-12VodVid=Vi1-Vi2=20mVVic=(Vi1+Vi2)2=10mVVoc=Vic×AVC=19.46mV Vod=Vid×AVD=1563.72mV則計(jì)算得 Vo1=801.32mV Vo2=762.4mV考慮到計(jì)算得到的

4、Avd比仿真偏大，則得到的電壓比仿真結(jié)果偏大屬正常現(xiàn)象。4、將輸入信號(hào)V2 V3設(shè)置成共模輸入信號(hào)信號(hào)頻率2kHz，信號(hào)幅度10mV，信號(hào)幅度，相位都為0°，仿真并測(cè)量輸出信號(hào)的幅度，計(jì)算電路的共模增益，并與計(jì)算結(jié)果對(duì)照。波形圖：Avc=-38.25/20=-1.925與計(jì)算結(jié)果-1.946相符。思考：若需要在保證差模增益不變的前提下提高電路的共模抑制能力，即降低共模增益，可以采取什么措施？請(qǐng)給出電路圖，并通過(guò)仿真得到電路的共模增益和差模增益。答：可采用電流源取代R1。電路圖：波形圖：差模：共模：則Avd=69.75 Avc=0.000432 KCMR=80729.1675、采用圖示

5、電路對(duì)輸入直流電壓源V2進(jìn)行DC掃描仿真，得到電路的差模傳輸特性。1）電壓掃描范圍1.35V1.75V，掃描步進(jìn)1mV，得到電阻R3和R2中電流差隨V2電壓的變化曲線，并求出gm，與計(jì)算結(jié)果對(duì)照。電路圖：仿真結(jié)果：由圖可知仿真gm=9.6075mS 計(jì)算值為gm=39.1mS2）將V3改為1V，再掃描V2，范圍為0.8V1.2V，并求出gm，與計(jì)算結(jié)果對(duì)照。仿真結(jié)果：由圖可知仿真gm=4.4898mS 計(jì)算值為gm=39.1mS3）將R1改為電流源，重復(fù)2。仿真結(jié)果：由圖可知仿真gm=9.9904mS 計(jì)算值為gm=39.1mS思考：a.在仿真1中，若V2的電壓掃描范圍改為0V5V，測(cè)量電源電

6、壓V2和V3中的電流，即三極管的基極電流，與理論分析一致嗎？硬件實(shí)驗(yàn)中，由于誤操作，三極管基極可能接地或者接電源，若電流過(guò)大，可能導(dǎo)致晶體管損壞，如何避免這種誤操作導(dǎo)致的基極電流過(guò)大？仿真結(jié)果：從圖可知，當(dāng)電壓過(guò)大，基極電流會(huì)產(chǎn)生較大變化，與計(jì)算結(jié)果不一致。此時(shí)基極電壓過(guò)大，使基極和發(fā)射極之間的二極管被擊穿，基極電流不斷變大。為避免二極管被擊穿，因先測(cè)量各點(diǎn)電壓再接入差分對(duì)管。b. 比較仿真1和2，差模輸出電流隨V2的變化趨勢(shì)一樣嗎？若有差異，原因是什么？答：變化趨勢(shì)相同，數(shù)值不同。兩個(gè)電路的基極電壓不同，導(dǎo)致工作點(diǎn)電流不相等，于是輸出差模電流也不相等。三、硬件實(shí)驗(yàn)。1、按實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)電

7、路圖在面包板上搭接電路。1）測(cè)量電路各點(diǎn)的直流工作點(diǎn)，完成下表。V1(V)V2(V)V3(V)V4(V)V5(V)3.083.070.941.561.53思考：若直流電壓V1和V2不一樣，可能是什么原因？如何調(diào)整電路可以使得輸出直流電壓V1和V2更加一致？答：V1和V2有細(xì)微差別。由于電路在搭接時(shí)不能做到完全對(duì)稱，導(dǎo)致差分對(duì)管工作電路不能完全相等，從而使VCC經(jīng)過(guò)集電極電阻產(chǎn)生的壓降不同。可在集電極串聯(lián)小的補(bǔ)償電阻，在不產(chǎn)生對(duì)增益大的影響的前提下使V1=V2。2）通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生單端振幅為10mV，頻率為2kHz的差模信號(hào)，觀察波形圖并計(jì)算差模增益。波形圖：圖中藍(lán)色線為雙端輸出差模信號(hào)。Av

8、d=1240+124440=62.1與仿真結(jié)果相符。3）通過(guò)信號(hào)發(fā)生器輸入單端振幅為10mV，頻率為2kHz的共模信號(hào)，觀察波形。波形圖：從圖中可觀察到兩路輸出的信號(hào)具有相同的相位，符合共模特征。2. 差模傳輸特性 在面包板上設(shè)計(jì)電路，并測(cè)試差模傳輸特性。R7為010k可變電阻。1)R4=R5=1k, 手動(dòng)調(diào)節(jié)可變電阻R7，逐點(diǎn)測(cè)量節(jié)點(diǎn)8電壓，節(jié)點(diǎn)4及節(jié)點(diǎn)7的電壓差（通過(guò)該電壓差計(jì)算差模電流）。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，以節(jié)點(diǎn)8電壓為X軸，差模輸出電流為Y軸，得到電路的差模傳輸特性，并在差模輸出電流0附近測(cè)量其斜率，即放大器跨導(dǎo)。 測(cè)量結(jié)果：V8(V)V4(V)V7

9、(V)V4-V7(V)I2-I31.74.862.782.081.041.694.852.822.031.0151.684.832.881.950.9751.674.822.931.890.9451.664.783.011.770.8851.654.713.091.620.811.644.683.141.540.771.634.593.261.330.6651.624.53.41.10.551.614.353.580.770.3851.64.213.780.430.2151.594.013.910.10.051.583.874.02-0.15-0.0751.573.674.18-0.51-0.

10、2551.553.464.47-1.01-0.5051.533.24.67-1.47-0.7351.53.044.82-1.78-0.89作圖：計(jì)算得gm=12.5mS.2)令R4=R5=20k，重復(fù)1）。測(cè)量結(jié)果：V8(V)V4(V)V7(V)V4-V7(V)I2-I31.53.24.73-1.53-0.7651.533.44.48-1.08-0.541.553.644.24-0.6-0.31.573.893.91-0.02-0.011.584.063.80.260.131.594.163.750.410.2051.64.273.580.690.3451.614.433.440.990.49

11、51.624.523.31.220.611.634.583.231.350.6751.644.653.111.540.771.654.733.041.690.8451.664.82.981.820.911.674.812.911.90.951.684.822.871.950.9751.694.842.84211.74.862.792.071.035作圖：計(jì)算得gm=14mS.思考：若固定電阻R7=8k，在1.4V1.8V范圍內(nèi)逐漸改變節(jié)點(diǎn)5電壓，以節(jié)點(diǎn)5電壓為X軸，差模輸出電流為Y軸，在R4=R5=1k和R4=R5=20k兩種條件下得到斜率，兩種斜率之間的倍數(shù)關(guān)系相同嗎？為什么？R4=R5=1

12、k：V5(V)V4(V)V7(V)V4-V7(V)I2-I31.82.544.84-2.3-1.151.782.584.84-2.26-1.131.752.644.84-2.2-1.11.722.74.84-2.14-1.071.72.754.83-2.08-1.041.692.784.82-2.04-1.021.682.824.81-1.99-0.9951.672.854.79-1.94-0.971.662.94.75-1.85-0.9251.652.964.71-1.75-0.8751.643.034.67-1.64-0.821.633.124.6-1.48-0.741.623.234.5

13、2-1.29-0.6451.613.344.4-1.06-0.531.63.484.29-0.81-0.4051.593.644.15-0.51-0.2551.583.84-0.2-0.11.5753.893.92-0.03-0.0151.573.973.840.130.0651.564.133.690.440.221.554.273.550.720.361.544.43.430.970.4851.534.523.321.20.61.524.613.241.370.6851.514.683.171.510.7551.54.723.121.60.81.484.793.051.740.871.45

14、4.833.011.820.911.434.8431.840.921.44.852.991.860.93作圖：計(jì)算得gm=16ms.R4=R5=20k：V5(V)V4(V)V7(V)V4-V7(V)I2-I31.44.913.011.90.951.454.913.021.890.9451.474.93.031.870.9351.494.883.051.830.9151.54.863.071.790.8951.514.843.11.740.871.524.813.131.680.841.534.773.171.60.81.544.723.231.490.7451.554.653.291.360.681.564.573.371.20.61.574.463.4610.51.584.363.570.790.3951.594.253.680.570.2851.64.123.790.330.1651.613.993.920.070.0351.6153.933.97-0.04-0.021.623.864.04-0.18-0.091.633.734.15-0.42-0.211.643.614.27-0.66-0.331.653.484.38-0.9-0.451.663.374.48-1.11-0.5551.673.27