試驗3差動放大電路試驗

1、注：本實驗報告僅供學習、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負責!實驗3差動放大電路實驗-、實驗?zāi)康?1)進一步熟悉差動放大器的工作原理；(2)掌握測量差動放大器的方法。二、實驗儀器雙蹤示波器、信號發(fā)生器、數(shù)字多用表、交流毫伏表。三、實驗原理實驗電路如圖1。它是一個具有恒流源的差動放大電路。在輸入端，幅值大 小相等，相位相反的信號稱為差模信號；幅值大小相等，相位相同的干擾稱為共 模干擾。差動放大器由兩個對稱的基本共射放大電路組成，發(fā)射極負載是一晶體管恒流源。若電路完全對稱，對于差模信號，若 Qi集電極電流增加，則Q2集電 極電流一定減少，增加與減少之和為零，Q3和Re3等效于短路，Qi, Q

2、2的發(fā)射極 幾乎等效于接地，差模信號被放大。對于共模信號，若Qi集電極電流增加，則Q2集電極電流一定增加，兩者增加的量 相等，Qi, Q2的發(fā)射極等效于分別接了 兩倍的恒流源等效電阻，強發(fā)射極負反 饋使共射放大器對共模干擾起強衰減作 用，共模干擾被衰減。從而使差動放大 器有較強的抑制共模干擾的能力。調(diào)零 電位器Rp用來調(diào)節(jié)Qi, Q2管的靜態(tài)工 作點，希望輸入Vii=0, Vi2=0時，使雙端輸出電壓Vo=0。圖i差動放大電路圖差動放大器常被用做前置放大器。 前置放大器的信號源往往是高內(nèi)阻電壓源, 這就要求前置放大器有高輸入電阻，這樣才能接受到信號。有的共模干擾也是高 內(nèi)阻電壓源，例如在使用5

3、0Hz工頻電源的地方，50Hz工頻干擾源就是高內(nèi)阻電 壓源。若放大器的輸入電阻很高，放大器在接受信號的同時，也收到了共模干擾。注：本實驗報告僅供學習、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負責!于是人們希望有一種只放大差模信號、不放大共模信號的放大器，這就是差動放 大器。運算放大器的輸入級大都為差動放大器， 輸入電阻都很大，例如LF353的 輸入電阻約為1012。量級，OP07的輸入電阻約為107。量級。四、實驗內(nèi)容本實驗電路在兩個輸入端分別接了 510Q電阻，使差動放大器的輸入電阻下 降至略小于510Q,這是很小的輸入電阻。其原因是，本實驗電路用分立元件組 成，電路中對稱元件的數(shù)值并不完全相

4、等； 具集電極為電阻負載，而不是恒流源 負載；其發(fā)射極為恒流源負載，而不是鏡像電流源負載，所以本實驗電路的共模 抑制比并不高。若本實驗電路在輸入端不接 510Q電阻，其輸入電阻將較大，而 共模抑制比不夠高，實驗環(huán)境中存在的高內(nèi)阻共模干擾將進入輸入端，那么輸出端的共模干擾將較大，以致使驗證差動放大器特性的實驗難以進行。由于實驗中所用信號源都為低輸出電阻信號源，所以輸入端接上510電阻后幾乎不影響實驗 電路接收來自信號源的信號，而高內(nèi)阻共模干擾因?qū)嶒炿娐份斎腚娮璐蟠笙陆刀?基本上被拒之輸入端外，從而使得輸出端的共模干擾很小，實驗得以順利進行。 輸入端接510Q電阻并不改變差動放大器的共模抑制比。由

5、此可見，在可以降低差動放大器輸入電阻時，降低差動放大器輸入電阻， 可提高差動放大器的抗高內(nèi)阻共模干擾的能力。實驗者若得到教師的同意，可去掉實驗電路中的兩個510Q電阻，再做實驗就會發(fā)現(xiàn)，實驗電路輸出端的共模干擾明顯增加。(1)靜態(tài)工作點調(diào)整與測量將兩個輸入端V|1、VI2接地，調(diào)整電位器Rp使VC1=VC2,測量并填寫表1。由 于元件參數(shù)的離散，有的實驗電路有可能最終只調(diào)到 VC1-VC20靜態(tài)調(diào)整得越對 稱，該差動放大器的共模抑制比就越高。測量中應(yīng)注意兩點：一是所有的電壓值都是對“地”測量值；二是應(yīng)使測量 值有三位以上的有效數(shù)字。若用FLUKE45臺式數(shù)字多用表測量，應(yīng)選擇“SLOW REA

6、DING RATE，這時它顯示5個測量數(shù)字，有效數(shù)字為四個。若用普通三位 半數(shù)字多用表測量，它最多顯示四個數(shù)字，其中有效數(shù)字為三個，在測量過程中注：本實驗報告僅供學習、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負責!應(yīng)選擇量程，例如，測 Vci應(yīng)選“20V”擋，測Vei應(yīng)選“2V”擋。(2)測量雙端輸入差模電壓放大倍數(shù)在實驗箱上調(diào)整DC信號源，使得OUT1大約為0.1V, OUT2大約為-0.1V, 然后分別接至vii, V12,再調(diào)整，使得OUT1為0.1V, OUT2為-0.1V,測量、 計算并填寫表2。這樣做的原因是，實驗電路的輸入端對“地”有510Q電阻，實驗箱上的可變直流電壓源是用1kQ

7、可變電阻對5V, 0.5V直流電壓分壓實現(xiàn)的，即直流電壓 信號源內(nèi)阻與實驗電路輸入電阻的大小是可比的。直流電壓信號源接負載時的電壓將明顯小于未接負載時的電壓，所以必須將直流電壓信號源于實驗電路連接后， 再把輸入電壓調(diào)到所需要的電壓值。這里，雙端輸入差模電壓單端輸出的差模放大倍數(shù)應(yīng)用下式計算：V|D(3)測量雙端輸入共模抑制比 CMRR將兩個輸入端接在一起，然后依次與 OUT1, OUT2相連，記共模輸入為 VIC。測量、計算并填寫表3。若電路完全對稱，則VC1-VC2=Vo=0,實驗電路一般 并不完全對稱，若測量值有四位有效數(shù)字，則Vo不應(yīng)等于0.這里，雙端輸入共模電壓單端輸出的共模放大倍數(shù)應(yīng)

8、用下式計算：建議CMRR用dB表示CMRR201gD dBAc將VI2接地，VI1依次與OUT1, OUT2相連，然后再接入f=1KHz,有效值為 50mV的正弦信號，測量、計算并填寫下表4。若輸入正弦信號，在輸出端，VC1, VC2的相位相反，所以雙端輸出Vo的模是它們兩個模的和，而不是差。注：本實驗報告僅供學習、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負責!五、數(shù)據(jù)記錄與處理表1靜態(tài)工作點調(diào)整對地電壓Vb1VB2VB3Vc1VC2測量值(V)-1.867 X130-1.862 xI3。-7.912356.406906.40599對地電壓VC3VeiVe2Ve3測量值(V)-0.764985-

9、0.624087-0.624534-8.55313輸入(V)測量值(V)計算值VC1VC2VoAd1AD2Ad0.13.099079.71316-6.6084316.53916.53633.0420.054.705928.10353-3.3941117.01016.97533.9410.083.760349.05066-5.2850716.54116.52933.032表2雙端輸入差模電壓放大倍數(shù)測得差模放大倍數(shù)平均值為Ad1繪iAD2AD333.338表3測量雙端輸入共模抑制比CMRR輸入(V)測量值(V)計算值VC1VC2VoAc1AC2AcCMRR+0.16.396716.40909-0

10、.012380.08090.05550.123848.53dB-0.16.400506.40801-0.007510.04300.04470.075152.87dB測得CMRR平均值為1 CMRR Ad1 AD2 Ad350.73表4單端輸入差模電壓放大倍數(shù)輸入測量值(V)單端輸入放大倍數(shù)AdVC1VC2Vo直流+0.1V4.727208.08040-3.3532033.532第4頁 共6頁注：本實驗報告僅供學習、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負責!直流-0.1V8.097974.708063.3899133.899正弦信號0.8272420.8205071.64774932.954六

11、、思考題(1)實驗箱上的雙端輸入差動放大器的共模抑制比不算高，若要進一步提高共 模抑制比，可采取哪些辦法？答：進一步提高共模抑制比的方法有：(1)增加發(fā)射極電阻Re的阻值，以抑制溫漂?？梢栽O(shè)想，若 Re為無窮大, 那么即使是單端輸出電路，Ac也為0, Kcmr也為無窮大(但事實上對于小信號放大電路來說是不現(xiàn)實的，因為故障情況下高電源電壓將全部加在差分管上， 這就需要高耐壓的差分管。)(2)利用工作點穩(wěn)定電路來取代 Re (如圖2所示),使其變成具有恒流源的差分放大電路。圖2中，Ri、電、R3和T3組成工作點穩(wěn)定電路，電源 Vee可取幾伏，電路參數(shù)應(yīng)滿足|2IB3o這樣，I102,所以R2上的電壓為U R2 Vee圖2改進后的差動放大電路圖T3管的集電極電流U R2 U BE3IC3 1 E3-R3若UBE3的變化可忽略不計，則IC3基本不收溫度影響，可以看成是恒流源。因而，該電路對于共 模信號的負反饋作用為無窮大，因此使電路的Ac=0, Kcmr=0o(2)圖1中的電阻Rbi、Rb2在電路中起到什么作用？若去掉Rbi,Rb2,按本實第5頁 共6頁注：本實驗報告僅供學習、參考，謝絕抄襲。如有發(fā)現(xiàn)抄襲，作者概不負責!驗(3)的方法和步驟再測CMRR,兩次測量的結(jié)果是否會有較大差別？為什么？ 答：Rbi的作用是減小差動放大電路的輸入電阻，使得集電極為電阻負載、發(fā)