實驗5-差動放大電路

1、電子技術(shù)實驗電子技術(shù)實驗差動放大電路差動放大電路熟悉差動放大器的工作原理；熟悉差動放大器的工作原理；掌握差動放大器的基本測試方法。掌握差動放大器的基本測試方法。實驗目的實驗目的實驗原理實驗原理關(guān)于直接耦合式放大電路：關(guān)于直接耦合式放大電路：在工業(yè)控制中的很多物理量均為模擬量，如溫度、流在工業(yè)控制中的很多物理量均為模擬量，如溫度、流量、壓力、液位、長度、氣體濃度等等，對它們的測量、壓力、液位、長度、氣體濃度等等，對它們的測量是通過各種不同的傳感器來完成的。量是通過各種不同的傳感器來完成的。傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)化成的微弱的電信號，這些信傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)化成的微弱的電信號，這些信號的變化是非常緩

2、慢的、非周期性的。由于這類信號號的變化是非常緩慢的、非周期性的。由于這類信號非常微弱，只有通過放大才能驅(qū)動負載；又由于信號非常微弱，只有通過放大才能驅(qū)動負載；又由于信號變化緩慢，采用阻容耦合方式是不行的，所以應采用變化緩慢，采用阻容耦合方式是不行的，所以應采用直接耦合式放大電路。直接耦合式放大電路。直接耦合式放大電路的零點漂移現(xiàn)象：直接耦合式放大電路的零點漂移現(xiàn)象：在實驗中我們發(fā)現(xiàn)，直接耦合式放大電路中，即使將在實驗中我們發(fā)現(xiàn)，直接耦合式放大電路中，即使將輸入端短路，用靈敏的直流表測量輸出端，也會有變輸入端短路，用靈敏的直流表測量輸出端，也會有變化緩慢的輸出電壓。這種輸入電壓為零而輸出電壓不化

3、緩慢的輸出電壓。這種輸入電壓為零而輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象稱為零點漂移現(xiàn)象。在放大電為零且緩慢變化的現(xiàn)象稱為零點漂移現(xiàn)象。在放大電路中，任何參數(shù)的變化，如電源電壓的博大、元件的路中，任何參數(shù)的變化，如電源電壓的博大、元件的老化、半導體元件參數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的變化，都老化、半導體元件參數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的變化，都將產(chǎn)生輸出電壓的漂移。在阻容耦合放大電路中，這將產(chǎn)生輸出電壓的漂移。在阻容耦合放大電路中，這種緩慢變化的漂移電壓都將降落在耦合電容之上，而種緩慢變化的漂移電壓都將降落在耦合電容之上，而不會傳遞到下一級電路進一步放大。但是在直接耦合不會傳遞到下一級電路進一步放大。但是在直接耦合放大

4、電路中，由于前后直接相連，前一級的漂移電壓放大電路中，由于前后直接相連，前一級的漂移電壓會和有用信號一起被送到下一級，而且逐級放大，以會和有用信號一起被送到下一級，而且逐級放大，以至于有時在輸出端很難區(qū)分什么是有用信號、什么是至于有時在輸出端很難區(qū)分什么是有用信號、什么是漂移電壓，放大電路不能正常工作。漂移電壓，放大電路不能正常工作。實驗原理實驗原理溫漂現(xiàn)象：溫漂現(xiàn)象：采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源和使用經(jīng)過老化實驗的元件就采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源和使用經(jīng)過老化實驗的元件就可以大大減小零點漂移?？梢源蟠鬁p小零點漂移。半導體材料是對溫度極其敏感的，由溫度變化所引起半導體材料是對溫度極其敏感的，由溫度變化所引起

5、的半導體參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點漂移現(xiàn)象的主要原因，的半導體參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點漂移現(xiàn)象的主要原因，因而也稱零點漂移為溫度漂移，簡稱溫漂。因而也稱零點漂移為溫度漂移，簡稱溫漂。實驗原理實驗原理抑制溫度漂移的方法：抑制溫度漂移的方法：在電路中引入直流負反饋；在電路中引入直流負反饋；采用溫度補償?shù)姆椒?；采用溫度補償?shù)姆椒?；采用特性相同的三極管，使它們的溫漂互相抵消，構(gòu)成采用特性相同的三極管，使它們的溫漂互相抵消，構(gòu)成“差動放大電路差動放大電路”。差動放大電路是模擬集成運算放大。差動放大電路是模擬集成運算放大器輸入級所采用的電路形式。器輸入級所采用的電路形式。實驗原理實驗原理差動放大電路的主要技術(shù)指標差

6、動放大電路的主要技術(shù)指標: :差模電壓增益差模電壓增益AudAud共模電壓增益共模電壓增益AucAuc共模抑制比共模抑制比K KCMRRCMRR典型差動放大電路典型差動放大電路: :差動放大器由兩個元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。差動放大器由兩個元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。當兩個輸入端施加大小相等極性相同（共模）的信號時，由當兩個輸入端施加大小相等極性相同（共模）的信號時，由于電路的對稱性于電路的對稱性T1T1、T2T2所產(chǎn)生的電流變化相等，所產(chǎn)生的電流變化相等，IIB1B1= I= IB2B2、 IIC1C1= I= IC2C2；因此集電極上的點位的變化也相等，即；因此集電極上的

7、點位的變化也相等，即VVC1C1= = VVC2C2 。這說明差動電路對共模信號有抑制作用。這說明差動電路對共模信號有抑制作用。當當兩個輸入端施加大小相等極性相反（差模）的信號時，兩個輸入端施加大小相等極性相反（差模）的信號時， VVi1i1= -V= -Vi2i2 ，又由于參數(shù)對稱，又由于參數(shù)對稱，T1T1、T2T2管所產(chǎn)生的電流變管所產(chǎn)生的電流變化大小相等變化方向相反，化大小相等變化方向相反， IIB1B1= = IIB2B2、 IIC1C1= = IIC2C2；因此集電極上的電位的變化也是大小相等變化方向相；因此集電極上的電位的變化也是大小相等變化方向相反，即反，即VVC1C1=- V=

8、- VC2C2 ，這樣得到的輸出電壓，這樣得到的輸出電壓Vo=2VVo=2VC1C1 。實驗原理實驗原理差模信號差模信號VidVid：是指在兩個輸入端加幅度相等，極性相反的信號，即兩個輸是指在兩個輸入端加幅度相等，極性相反的信號，即兩個輸入信號之差；入信號之差；共模信號共模信號VicVic：是指在兩個輸入端加幅度相等，極性相同的信號，即兩個輸是指在兩個輸入端加幅度相等，極性相同的信號，即兩個輸入信號的算術(shù)平均值。例如溫漂信號就屬共模信號，它對差入信號的算術(shù)平均值。例如溫漂信號就屬共模信號，它對差分放大電路中兩個輸入端的的影響相同。分放大電路中兩個輸入端的的影響相同。實驗原理實驗原理如果輸入信號

9、極性相同，幅度也相同，則是純共模信如果輸入信號極性相同，幅度也相同，則是純共模信號。如果極性相同，但幅度不等，則可以認為既包含號。如果極性相同，但幅度不等，則可以認為既包含共模信號，又包含差模信號，應分開加以計算。共模信號，又包含差模信號，應分開加以計算。差模電壓增益差模電壓增益AudAud：指差動放大電路指差動放大電路對差模輸入信號的放大倍數(shù)。對差模輸入信號的放大倍數(shù)。差差模電壓增模電壓增益越大，放大電路的性能越好。益越大，放大電路的性能越好。實驗原理實驗原理idodVDVVA共模電壓增益共模電壓增益AucAuc：指差動放大電路共模輸入信號的放大倍數(shù)。指差動放大電路共模輸入信號的放大倍數(shù)。共

10、模電壓增益共模電壓增益越小，放大電路的性能越好。越小，放大電路的性能越好。共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR：指差模電壓放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比，它表明差動放指差模電壓放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比，它表明差動放大電路對共模信號的抑制能力。大電路對共模信號的抑制能力。icOCVCVVAVCVDCMRAAKdBlg20cdCMRvvAAK或：或：改進型的差動電路：恒流源差動放大電路改進型的差動電路：恒流源差動放大電路實驗原理實驗原理為了提高共模抑制比應加大為了提高共模抑制比應加大R Re e 。但。但R Re e加大后，為保證工作點加大后，為保證工作點不變，必須提高負電源，這是不經(jīng)濟的。可用恒

11、流源不變，必須提高負電源，這是不經(jīng)濟的?？捎煤懔髟碩 T3 3來代來代替替R Re e 。恒流源動態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。同時恒流。恒流源動態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。同時恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負電源之值。我們的實驗源的管壓降只有幾伏，可不必提高負電源之值。我們的實驗電路就是這樣的電路。電路就是這樣的電路。晶體管工作在放大區(qū)時，晶體管工作在放大區(qū)時，集電極電流幾乎僅取決于集電極電流幾乎僅取決于基極電流而與管壓降無關(guān)，基極電流而與管壓降無關(guān)，當基極電流是一個不變的當基極電流是一個不變的直流電流時，集電極電流直流電流時，集電極電流就是一個恒定電流。就是一個恒定電流。在差分放大電路的

12、實際應用中，根據(jù)所放大信號的不同，在差分放大電路的實際應用中，根據(jù)所放大信號的不同，常采用以下四種連接常采用以下四種連接: :雙端輸入、雙端輸出（雙雙端輸入、雙端輸出（雙雙）：雙）：雙端輸入、單端輸出（雙雙端輸入、單端輸出（雙單）：單）：單端輸入、雙端輸出（單單端輸入、雙端輸出（單雙）：雙）：單端輸入、單端輸出（單單端輸入、單端輸出（單單）：單）：實驗原理實驗原理實驗電路實驗電路2021-12-20靜態(tài)分析靜態(tài)分析當輸入信號為零時：當輸入信號為零時：由于由于IB3 IB3和和 IB3： VB3=(R2/（R1+R2)*(12-(-12)-12=7.84V；而硅三極管的而硅三極管的VBE0.7，

13、則：，則： VE3 =7.840.7=-8.54V；IC3IE3=VE3/RE3=(-8.54+12)/3K=1.15mA; 由此可以看出：因為由此可以看出：因為VB3的電壓相對不變，的電壓相對不變，理論計算理論計算2021-12-20靜態(tài)分析靜態(tài)分析當輸入信號為零時：當輸入信號為零時：由于沒有輸入信號，所以：由于沒有輸入信號，所以：VB1=VB2=0V; VE1=VE2=0-0.7=-0.7V;VC3=VE1-0.5*IC3*0.5RP=-0.7-0.5*1.15*0.5*330=-0.79V由于由于IC3 IE3， IE1 IE2 0.5 IE3，所以，所以： IE1=IE2=0.5IE3

14、=0.577mA;VC1=VC2=VCC-IE1*RC=12-0.577*10*1000=6.23V理論計算理論計算動態(tài)分析動態(tài)分析1.1.雙端輸入、雙端輸出雙端輸入、雙端輸出: :有兩個輸出端有兩個輸出端- -集電極集電極C1C1和集電極和集電極C2C2。差模電壓增益差模電壓增益共模電壓增益共模電壓增益共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗：輸入阻抗：輸出阻抗：輸出阻抗：理論計算理論計算021vvvicococvcAQCbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2co2RR AAKvcvdCMRidLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA12121222/LCLRRR 動態(tài)

15、分析動態(tài)分析2.2.雙端輸入、單端輸出：雙端輸入、單端輸出：信號僅從集電極信號僅從集電極 C1C1或或C2 C2 對地輸出。對地輸出。差模電壓增益：差模電壓增益：共模電壓增益：共模電壓增益：共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗：輸入阻抗：輸出阻抗：輸出阻抗：理論計算理論計算2/LCLRRR oCobeCicocvcrrRrRvvA22111coRR beovcvdCMRrrAAK11idLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA121212QCbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2動態(tài)分析動態(tài)分析3.3.單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出差模電壓增益：差模電壓增益：共

16、模電壓增益：共模電壓增益：共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗輸入阻抗輸出阻抗：輸出阻抗：理論計算理論計算co2RR AAKvcvdCMR021vvvicococvcAQCbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2idLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA12121222/LCLRRR 動態(tài)分析動態(tài)分析4.4.單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出差模電壓增益：差模電壓增益：共模電壓增益：共模電壓增益：共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗：輸入阻抗：輸出阻抗：輸出阻抗：理論計算理論計算oCobeCicocvcrrRrRvvA22111coRR beovcvdCMRrrAAK1

17、1QCbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2idLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA1212122/LCLRRR 1.1.測量靜態(tài)工作點：測量靜態(tài)工作點：連接電路：將輸入端短路接地，接通直流電源；連接連接電路：將輸入端短路接地，接通直流電源；連接圖圖( (見下頁見下頁) )；調(diào)節(jié)電位器使雙端輸出電壓為調(diào)節(jié)電位器使雙端輸出電壓為0V0V，也就是使，也就是使V VC1C1=V=VC2C2；測量靜態(tài)工作點；測量靜態(tài)工作點；實驗操作實驗操作對地電壓對地電壓VC1VC2VC3VB1VB2VB3VE1VE2VE3理論計算值理論計算值/V測量值測量值/V連接電路連接電路2.

18、2.測量差模放大倍數(shù)：測量差模放大倍數(shù)：在一個輸入端接入在一個輸入端接入0.1V0.1V電壓信號，在另一輸入端接入電壓信號，在另一輸入端接入-0.1V-0.1V電壓信號；連接圖電壓信號；連接圖( (見下頁見下頁) )；用萬用表測量輸出端電壓：用萬用表測量輸出端電壓：實驗操作實驗操作測量值測量值計算值計算值估算值估算值輸入信號輸入信號VC1VC2VC3AVD1AVD2AV雙雙AVD1AVD2AVD雙雙Vi1=0.1VVi2=-0.1V注：注： AVD1=（VO1-VO1Q）/（Vi1-Vi2）；）；VO1Q為為V1集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； AVD2=（VO2-VO2Q）/（Vi1-Vi2

19、）；）； VO2Q為為V2集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓；注意：注意：由于由于2R1、2R4比較小，因此比較小，因此輸入電壓只要輸入電壓只要在界限后重新在界限后重新測量。測量。連接電路連接電路3.3.測量共模放大倍數(shù)：測量共模放大倍數(shù)：將兩輸入端短路接到直流信號源；連接圖將兩輸入端短路接到直流信號源；連接圖( (見下頁見下頁) )；用萬用表測量輸出端電壓：用萬用表測量輸出端電壓：實驗操作實驗操作測量值測量值計算值計算值共模抑制共模抑制比比輸入信號輸入信號VC1VC2VC3AVC1AVC2AVC雙雙KCMRVi1= Vi2= 0.1VVi1= Vi2= -0.1V注：注： AVC1=（VO1-V

20、O1Q）/Vi1；VO1Q為為V1集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； AVC2=（VO2-VO2Q）/Vi2； VO2Q為為V2集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； KCMR= AVD雙雙/AVC雙雙， AVD雙雙為差模放大倍數(shù)，用以上測量數(shù)據(jù)。為差模放大倍數(shù)，用以上測量數(shù)據(jù)。注意：注意：由于由于2R1，比，比較小，因此輸較小，因此輸入電壓只要在入電壓只要在接線后重新測接線后重新測量。量。連接電路連接電路4.4.單端輸入電路的測量：單端輸入電路的測量：在一個輸入端接入在一個輸入端接入0.1V0.1V電壓信號，另一端接地；用萬電壓信號，另一端接地；用萬用表測量測量輸出電壓；用表測量測量輸出電壓；在一個

21、輸入端接入在一個輸入端接入-0.1V-0.1V電壓信號，另一端接地；用電壓信號，另一端接地；用萬用表測量輸出端電壓：萬用表測量輸出端電壓：在一個輸入端接入峰峰值為在一個輸入端接入峰峰值為5050毫伏，頻率為毫伏，頻率為1KHZ1KHZ的正的正弦波交流信號，另一端接地；用示波器測量輸出端電弦波交流信號，另一端接地；用示波器測量輸出端電壓波形。壓波形。實驗操作實驗操作對地電壓對地電壓VC1VC2VC3AVD1AVD2AV雙雙Vi=0.1VVi=-0.1VVpp=50mV f=1khz注：注： AVD1=（VO1-VO1Q）/Vi1；VO1Q為為V1集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； AVD2=（VO

22、2-VO2Q）/Vi1； VO2Q為為V2集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； 在輸入交流信號時，測量在輸入交流信號時，測量VC1和和VC2之間電壓應用示波器的之間電壓應用示波器的CH1-CH2；注意：由于注意：由于2R12R1、2R42R4比較小，因比較小，因此輸入電壓要在此輸入電壓要在接線后重新測量、接線后重新測量、調(diào)整。調(diào)整。連接電路連接電路單端輸入直流信號單端輸入直流信號連接電路連接電路信信號號發(fā)發(fā)生生器器單端輸入交流信號單端輸入交流信號為使兩個管工作在對稱的狀態(tài)，應調(diào)節(jié)為使兩個管工作在對稱的狀態(tài)，應調(diào)節(jié)R RP P 使使V VC1C1和和V VC2C2之間之間的電壓為的電壓為0V0V；為盡量滿足這個要求，應用萬用表的直流；為盡量滿足這個要求，應用萬用表的直流200mV200mV檔測量，使這個電壓在十幾毫伏以內(nèi)，而不應用較檔測量，使這個電壓在十幾毫伏以內(nèi)，而不應用較大的量程測量。大的量程測量。由于實驗箱上操作的空間較小，完成上述操作后應盡量避由于實驗箱上操作的空間較小，完成上述操作后應盡量避免觸碰免觸碰RP ，以免影響測量數(shù)據(jù)的準確性