有關(guān)差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)問(wèn)題

1、編號(hào) 學(xué)士學(xué)位論文有關(guān)差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)問(wèn)題學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 物理系 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 年 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2015 年 4 月 28 日摘 要差動(dòng)放大器的主要性能指標(biāo)都有那些，差動(dòng)放大器都有那些優(yōu)點(diǎn)，差動(dòng)放大器為什么能較好的抑制零點(diǎn)漂移，差動(dòng)放大器的工作原理是什么，本文將對(duì)差動(dòng)放大器的這些問(wèn)題進(jìn)行淺析和探討。論述差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn)中的幾種測(cè)試方法的利弊,并提出有關(guān)改善實(shí)驗(yàn)效果的措施。差分放大器在電子線路中有著廣泛的應(yīng)用,在模擬電子技術(shù)的教學(xué)中是重要內(nèi)容之一。提出了差分放大器除了在直耦放大器中克服零點(diǎn)漂移外,其設(shè)置的目地是可以對(duì)2個(gè)輸入端的差進(jìn)行放大,同

2、時(shí)對(duì)在非對(duì)稱下情況如何減少失調(diào)電壓及共模電壓的范圍做了詳細(xì)的介紹,這些對(duì)于教學(xué)和電路設(shè)計(jì)及電路的合理應(yīng)用卻是非常重要的。差分放大器在“模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)過(guò)程中是不可缺少的重要內(nèi)容,在實(shí)際電子線路中有廣泛的應(yīng)用。在公開(kāi)出版的教材和參考資料中重點(diǎn)提出差分放大器的應(yīng)用是為了克服零點(diǎn)漂移,而對(duì)于差分放大器設(shè)置的目的、如何減少非對(duì)稱下失調(diào)電壓則很少涉及。本文就這方面的應(yīng)用和在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題做了討論。關(guān)鍵詞:平衡輸出;不平衡輸出;零點(diǎn)漂移;差模增益;共模增益;共模抑制比。引言41.差動(dòng)放大器的工作原理52.差動(dòng)放大器的主要性能、優(yōu)點(diǎn)62.1差動(dòng)放大器優(yōu)點(diǎn)62.2共模放大倍數(shù)62.3共模抑

3、制比KCMR73.差動(dòng)放大器的作用74.差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)74.1差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4.2 差動(dòng)放大器的實(shí)驗(yàn)原理7、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算84.2.2 差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)84.2.3 共模抑制比CMRR94.3 差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件94.4 差動(dòng)放大器的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟9靜態(tài)工作點(diǎn)94.4.2 測(cè)量差模電壓放大倍數(shù)114.5 差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)134.6差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)總結(jié)13結(jié)論14參考文獻(xiàn)14引言差動(dòng)放大器又叫差分放大器或差值放大器。差動(dòng)放大器電路是由特性相同的兩個(gè)放大管（稱差動(dòng)對(duì)管）及其他元件組成的電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱的放大電路，利用對(duì)稱性來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的相互補(bǔ)償，減少零點(diǎn)漂移。差動(dòng)

4、放大電路是模擬電路基本單元電路之一,是集成運(yùn)算放大器的主要組成部分,是直接耦合放大電路的最佳電路形式。在實(shí)際檢測(cè),自控系統(tǒng)等得到廣泛應(yīng)用。因此,差動(dòng)放大器在整個(gè)模擬電路教學(xué)中占有很重要的地位。差動(dòng)放大電路,具有高度對(duì)稱性,在放大差模信號(hào)時(shí),能較好地抑制共模信號(hào),有較高的共模抑制比,解決了直接耦合放大器中,既要放大有用信號(hào),又要抑制溫度等引起的零點(diǎn)漂移的問(wèn)題。為使初學(xué)者更好地理解和掌握差動(dòng)放大電路的特點(diǎn),成功地做好差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn),顯得特別重要?，F(xiàn)行高校非電子專業(yè),模擬電路實(shí)驗(yàn)多采用現(xiàn)場(chǎng)的“模擬電路實(shí)驗(yàn)箱”,差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn)都已做成固定電路。實(shí)驗(yàn)教材中,采取的做法是:用直流小信號(hào)作為輸入信號(hào),用

5、直流電壓表測(cè)量輸入、輸出電壓,計(jì)算增益及共模抑制比,或用低頻交流信號(hào)作為輸入信號(hào),用毫伏表、示波器觀測(cè)交流輸出電壓及波形。1.差動(dòng)放大器的工作原理差動(dòng)放大器的基本電路運(yùn)算放大器均是采用直接耦合的方式，我們知道直接耦合式放大電路的各級(jí)的Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級(jí)的放大作用，第一級(jí)的微弱變化，會(huì)使輸出級(jí)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級(jí)的Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化象：溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。差動(dòng)放大器又叫差分放大器，在直接耦合放大電路中它是抑制零點(diǎn)漂移的最有效的電路。差動(dòng)管是一種完全對(duì)稱的晶體管，它由兩個(gè)元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。電路具有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)

6、輸出端。信號(hào)分別從兩管的基級(jí)和射級(jí)間輸入，從兩管的集電級(jí)之間輸出。輸出信號(hào)是隨著兩端輸入信號(hào)之差變動(dòng)的，所以叫差動(dòng)放大器。在差動(dòng)放大電路中，無(wú)論是電源電壓波動(dòng)或溫度變化都會(huì)使兩管的集電極電流和集電極電位發(fā)生相同的變化，相當(dāng)于在兩輸入端加入共模信號(hào)。由于電路完全對(duì)稱，使得共模輸出為零，共模電壓放大倍數(shù)AC=0，從而抑制了零點(diǎn)漂移。電路放大的只是差模信號(hào)。差動(dòng)放大電路在零輸入時(shí)具有零輸出；靜態(tài)時(shí)，溫度有變化依然保持零輸出，即消除了零點(diǎn)漂移。電路對(duì)共模輸入信號(hào)無(wú)放大作用，即完全抑制了共模信號(hào)。可見(jiàn)差模電壓放大倍數(shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動(dòng)電路用多一倍的元件為代價(jià)，換來(lái)了對(duì)零漂的抑制能力。

7、對(duì)于差動(dòng)電路來(lái)說(shuō)，差模信號(hào)是有用信號(hào)，要求對(duì)差模信號(hào)有較大的放大倍數(shù)；而共模信號(hào)是干擾信號(hào)，因此對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)越小越好。對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)越小，就意味著零點(diǎn)漂移越小，抗共模干擾的能力越強(qiáng)，當(dāng)用作差動(dòng)放大時(shí)，就越能準(zhǔn)確、靈敏地反映出信號(hào)的偏差值。共模抑制信號(hào)比越大，差動(dòng)放大電路分辨所需的差模電路信號(hào)的能力越強(qiáng)，而受共模信號(hào)的影響越小。由于電路的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和恒流源的作用，當(dāng)電源電壓波動(dòng)或溫度變化時(shí)，對(duì)差分管的影響都是一樣的，兩管集電極電流和集電極電位同時(shí)發(fā)生變化。輸出電壓仍然為零?？梢?jiàn)，盡管各管的零漂存在，但總輸出電壓為零，從而使得零漂得到抑制。 2.差動(dòng)放大器的主要性能、優(yōu)點(diǎn)2.1差

8、動(dòng)放大器優(yōu)點(diǎn)差動(dòng)放大器的抗干擾能力強(qiáng)，增大電壓擺幅，高線性度，差模放大倍數(shù)，共模放大倍數(shù)，共模抑制比，輸入輸出阻抗，失調(diào)電壓，漂移，帶寬等。差模放大倍數(shù) 差模放大倍數(shù)是指差動(dòng)放大器對(duì)差模信號(hào)（即兩個(gè)大小相等，極性相反的一對(duì)信號(hào)）的放大倍數(shù)，這類信號(hào)是我們需要放大的有用信號(hào)。當(dāng)差動(dòng)放大器的射極電阻RE足夠大，或采用恒流源電路時(shí)，差模電壓放大倍數(shù)Ad由輸出端方式?jīng)Q定，而與輸入方式無(wú)關(guān)。差模輸入：差分放大電路的兩個(gè)輸入信號(hào)大小相等，極性相反差模電壓放大倍數(shù)：差模輸出電壓uod與差模輸入電壓uid的比值。差模輸入電阻：從放大電路兩個(gè)輸入端看進(jìn)去所呈現(xiàn)的等效電阻。差模輸出電阻：差分放大電路兩管集電極之間

9、對(duì)差模信號(hào)所呈現(xiàn)的電阻。 差模輸入時(shí)的交流等效電路2.2共模放大倍數(shù)   當(dāng)差分放大電路兩輸入端加上大小相等、極性相同的信號(hào)時(shí)，稱為共模輸入方式。而共模電壓放大倍數(shù)用來(lái)衡量差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。根據(jù)輸出端連接方式的不同，可分為單端共模電壓放大倍數(shù)AC1,AC2和雙端共模電壓放大倍數(shù)AC。2.3共模抑制比KCMR為了表征差動(dòng)放大器對(duì)有用信號(hào)（差模信號(hào)）的放大作用和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，通常用一個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)衡量，即共模抑制比 或3.差動(dòng)放大器的作用差動(dòng)放大電路是抑制零點(diǎn)漂移的有效電路，它是一個(gè)對(duì)稱電路，可使漂移信號(hào)相互抵消。 對(duì)差動(dòng)放大，因電路對(duì)稱，由溫度變化等因素

10、引起兩管的輸出漂移電壓必然是大小相等，極性相同，即為共模信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)為共模信號(hào)時(shí)，由于電路對(duì)稱，兩管的集電極電流產(chǎn)生相等的電流增量。雙端輸出時(shí)的共模輸出電壓為零，共模放大倍數(shù)也為零。即使單輸出電路，由于共模電阻取值較大，產(chǎn)生較大的反饋電壓，把放大倍數(shù)壓的很低，也能很好的抑制共模信號(hào)，因此穩(wěn)定了工作點(diǎn)，抑制了零點(diǎn)漂移，對(duì)共模放大倍數(shù)抑制作用越強(qiáng)，表明放大器的性能越好。4.差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)4.1差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)差動(dòng)放大器性能及特點(diǎn)的理解2、學(xué)習(xí)差動(dòng)放大器主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法4.2 差動(dòng)放大器的實(shí)驗(yàn)原理圖51是差動(dòng)放大器的基本結(jié)構(gòu)。 它由兩個(gè)元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。當(dāng)開(kāi)關(guān)

11、K撥向左邊時(shí)，構(gòu)成典型的差動(dòng)放大器。調(diào)零電位器RP用來(lái)調(diào)節(jié)T1、T2管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使得輸入信號(hào)Ui0時(shí)，雙端輸出電壓UO0。RE為兩管共用的發(fā)射極電阻， 它對(duì)差模信號(hào)無(wú)負(fù)反饋?zhàn)饔?，因而不影響差模電壓放大倍?shù)，但對(duì)共模信號(hào)有較強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，故可以有效地抑制零漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。圖51 差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)電路當(dāng)開(kāi)關(guān)K撥向右邊時(shí)，構(gòu)成具有恒流源的差動(dòng)放大器。 它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻RE，可以進(jìn)一步提高差動(dòng)放大器抑制共模信號(hào)的能力。、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算典型電路 （認(rèn)為UB1UB20） 恒流源電路 4.2.2 差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)當(dāng)差動(dòng)放大器的射極電阻RE足夠大，或采用恒流源電路時(shí)，

12、差模電壓放大倍數(shù)Ad由輸出端方式?jīng)Q定，而與輸入方式無(wú)關(guān)。雙端輸出:RE，RP在中心位置時(shí)，單端輸出 當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，若為單端輸出，則有若為雙端輸出，在理想情況下實(shí)際上由于元件不可能完全對(duì)稱，因此AC也不會(huì)絕對(duì)等于零。4.2.3 共模抑制比CMRR為了表征差動(dòng)放大器對(duì)有用信號(hào)（差模信號(hào)）的放大作用和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，通常用一個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)衡量，即共模抑制比 或注意：差動(dòng)放大器的輸入信號(hào)可采用直流信號(hào)也可采用交流信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供頻率f1KHZ的正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)。4.3 差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、±12V直流電源 2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 3、雙蹤示波器 4、交流毫伏表

13、 5、直流電壓表 6、晶體三極管3DG6×3（或9011×3）。，要求T1、T2管特性參數(shù)一致。 電阻器、電容器若干。4.4 差動(dòng)放大器的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟1. 測(cè)量典型差動(dòng)放大器性能測(cè)試按圖1連接實(shí)驗(yàn)電路，開(kāi)關(guān)K撥向左邊構(gòu)成典型差動(dòng)放大器。靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)驗(yàn)步驟： 節(jié)放大器零點(diǎn)a) 信號(hào)源不接入；b) 輸入端A、B與地短接，接通±12V直流電源；c) 用直流電壓表測(cè)量輸出電壓UO；d) 調(diào)節(jié)調(diào)零電位器RP，使UO0。 量靜態(tài)工作點(diǎn)用直流電壓表測(cè)量T1、T2管各電極電位及射極電阻RE兩端電壓URE表1UC1(V)UB1(V)UE1(V)UC2(V)UB2(V)UE2(

14、V)仿真值6.359-0.026-0.6376.359-0.026-0.637測(cè)量值6.49-0.103-0.7706.49-0.115-0.786計(jì)算值IC(mA)IB(mA)UCE(V)0.556-0.00127.26Multisim仿真電路4.4.2 測(cè)量差模電壓放大倍數(shù)實(shí)驗(yàn)步驟：斷開(kāi)直流電源； 單端輸入方式：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出端接A端，地端接B端； 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)為頻率f1KHz的正弦信號(hào)，并使輸出旋鈕旋至零； 用示波器監(jiān)視輸出端（集電極C1或C2與地之間）； 接通±12V直流電源； 逐漸增大輸入電壓Ui（約100mV），在輸出波形無(wú)失真的情況下，用交流毫伏表測(cè) Ui，UC1

15、，UC2； 觀察ui，uC1，uC2之間的相位關(guān)系及URE隨Ui改變而變化的情況。(1) 測(cè)量共模電壓放大倍數(shù)實(shí)驗(yàn)步驟： 共模輸入方式：放大器A、B短接，信號(hào)源接A端與地之間； 調(diào)節(jié)輸入信號(hào)f=1kHz，Ui=1V； 在輸出電壓無(wú)失真的情況下，測(cè)量UC1， UC2之值； 觀察ui，uC1，uC2之間的相位關(guān)系及URE隨Ui改變而變化的情況。(2) 具有恒流源的差動(dòng)放大電路性能測(cè)試將圖1電路中開(kāi)關(guān) K 撥向右邊，構(gòu)成具有恒流源的差動(dòng)放大電路。重復(fù)內(nèi)容（2)、（3)的要求。表2 典型差動(dòng)放大電路具有恒流源差動(dòng)放大電路單端輸入共模輸入單端輸入共模輸入U(xiǎn)i100mV1V100mV1VUC1(V)3.1

16、880.3623.4600.044UC2(V)3.1390.3743.4770026531.88/34.6/0.49/-0.17/0.362/0.0044/-0.012/0.00175CMRR =88.17863.64.5 差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.使用信號(hào)發(fā)生器前應(yīng)將“輸出細(xì)調(diào)或正弦幅度”調(diào)到最小，然后接通電源，進(jìn)行預(yù)熱。以防使輸入信號(hào)過(guò)大，產(chǎn)生不良影響。 2.幾個(gè)儀器共同使用時(shí)，必需遵守“共地”連接的原則。3.嚴(yán)禁信號(hào)發(fā)生器、穩(wěn)壓電源的輸出端短路，以防損壞儀器。4.實(shí)驗(yàn)完畢按有關(guān)規(guī)定恢復(fù)儀器的面板開(kāi)關(guān)旋鈕的位。4.6差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)總結(jié)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，列表比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論估算值，分析誤差原因。（1) 靜態(tài)工作點(diǎn)和差模電壓放大倍數(shù)。（2) 典型差動(dòng)放大電路單端輸出時(shí)的CMRR實(shí)測(cè)值與理論值比較（3) 典型差動(dòng)放大電路單端輸出時(shí)CMRR的實(shí)測(cè)值與具有恒流源的差動(dòng)放大器CMRR實(shí)測(cè)值比較。結(jié)論為改善差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn)效果,應(yīng)采用不同電路及不同輸入信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)用直流信號(hào)時(shí),著重測(cè)試平衡輸出的共模抑制比;當(dāng)用交流信號(hào)時(shí),著重測(cè)試非平衡輸出的共模抑制比。利用示波器“Y1+Y2”顯示方式,配合極性開(kāi)關(guān),同時(shí)顯示雙端差模、共模輸出波形,以達(dá)到最