差動放大器實驗

一、 實驗目的

1、  計算差動放大器的發射極直流電流Ie，并比較測量值與計算值。

2、  計算差動放大器的集電極直流電流Ic，并比較測量值與計算值。

3、  計算差動放大器的集電極直流電壓Vc,并比較測量值與計算值。

4、  計算差動放大器的差模增益，并比較測量值與計算值。

5、  測定差動放大器雙端輸出峰值電壓波形與輸入波形之間的相位關系。

6、  測定差動放達器雙端輸出峰值電壓，并與單端輸出峰值電壓相比較。

7、  計算差動放大器的共模電壓增益，并比較測量值與計算值。

8、  測定差動放大器的共模抑制比CMRR，說明這個參數對抑制噪聲的作用。

二、 實驗器材

  2N3904  NPN三極管                           2個

  直流電壓源                                    2個

  0—10mA毫安表                                3個

  直流電壓表                                    2個

  示波器                                        1臺

  信號發生器                                    1臺

  電阻：  100Ω          2個，2kΩ              3個

三、實驗原理

        在圖1 所示的電路中，差動放大器的發射極總電流Ie可用發射極電阻Re兩端的電壓除以發射極電阻來計算。假定每個晶體管的直流基極電流可忽略，則基極電壓V_b近似等于零。因此

圖1 差動放大器的靜態分析

差動放大器的直流集電極電流Ic1及Ic2近似等于直流發射極電流Ie1及Ie2。當電路對稱時，兩個晶體管的發射極電流、集電極電流和集電極電壓都相等

差動放大器的差模電壓增益A_d可通過測量一個集電極的峰值電壓（V_c2p）和兩個基極之間的峰值電壓（V_b1p—V_b2p）來求出，所以

因b₂通過100Ω電阻接地，因此

差模輸入時，兩個晶體管的差動放大器，計算差模電壓增益的公式為

其中，r_be為晶體管的輸入電阻。

共模輸入時，兩個晶體管的基極輸入電壓大小相等、相位相同

                     V_b1=V_b2

    差動放大器的共模電壓增益為集電極輸出電壓峰值與基極輸入峰值電壓之比

    在圖2 所示的單端輸入單端輸出差動放大電路中，因為長尾電阻Re對共模信號的強烈串聯電流負反饋作用，所以共模電壓增益的計算公式為

式中Rc為集電極負載電阻，Re發射極長尾電阻。

共模抑制比CMRR是衡量差動放大器對共模信號抑制能力的重要技術指標，定義為差模電壓增益與共模電壓增益之比

如果以分貝dB為單位，則

圖2 差動放大器

四、 實驗步驟

1、  在EWB平臺上建立如圖1 所示的實驗電路，單擊仿真開關進行靜態分析。電路穩定后，記錄兩管發射極總電流Ie，集電極電流Ic1、Ic2和集電極電壓Vc1、Vc2。

2、  用電路元件參數計算發射極總電流Ie。

3、  計算差動放大器電路對稱時的集電極電流Ic1和Ic2。

4、  計算電路對稱時的集電極電壓Vc1和Vc2。

5、  在EWB平臺上建立如圖2 所示的實驗電路，儀器按圖設置。單擊仿真開關運行動態分析。記錄峰值輸出電壓V_c2p和峰值輸入電壓V_b1p。

6、  根據步驟5的讀數，計算放大器的差模電壓增益A_d。

7、  根據電路元件參數及晶體管的輸入電阻r_be，計算差模電壓增益。

8、  記錄輸出正弦電壓Vc2波形與輸入正弦電壓V_b1波形之間的相位差。將信號發生器的輸出接線和示波器的探頭移到晶體管T2的基極b₂。單擊仿真開關運行動態分析。記錄輸出正弦電壓V_c2波形與輸入正弦電壓V_b2波形之間的相位差。

9、  將示波器的接地端接到晶體管T1的集電極c₁，把示波器通道B的輸入設為1V/Div,將通道A輸入由AC改為0。單擊仿真開關運行動態分析，記錄兩晶體管集電極之間的峰值電壓。

10、              將示波器的接地端恢復接地，用導線連接基極b₁和b₂。將示波器通道A的輸入設為原來的AC，通道B輸入設為2mV/Div。單擊仿真開關運行動態分析。記錄峰值輸出電壓V_c2p及峰值輸入電壓V_b2p。

11、              根據步驟10的電壓測量值，計算共模電壓增益Ac。

12、              根據電路元件值，計算共模電壓增益。

13、              根據搽模增益A_d和共模增益Ac的測量值，計算共模抑制比的分貝值。

五、思考與分析

1、  發射極總電流Ie的計算值與步驟1中的測量值比較，情況如何？

2、  差動放大器的電路對稱時，發射極總電流Ie與集電極電流Ic1、Ic2有何關系？

3、  靜態時Ic1=Ic2及Vc1=Vc2的條件是什么？

4、  直流集電極電流及電壓的計算值于測量值比較，情況如何？

5、  差模電壓增益的計算值與測量值比較，兩者有何差別？

6、  根據步驟8得到的數據，說明在圖2 所示的差動放大電路中哪個基極為反相輸入端，哪個為同相輸入端？

7、  在步驟9中，雙端輸出的峰值電壓與單端輸出的峰值電壓比較有何差別？

8、  共模電壓增益的計算值與測量值比較，情況如何？

9、  共模電壓增益與差模電壓增益比較，情況如何？兩者差值的大小對抑制差動放大器的噪聲有何影響？

10、              共模抑制比CMRR這個技術指標對差動放大器的性能有何影響？