差分放大器静态工作点调整与动态性能指标测量

一、实验目的

1、加深理解差分放大器的工作原理与性能特点；

2、掌握差分放大器静态工作点调整方法；

3、学习差分放大器动态性能指标的测量方法；

4、理解共模抑制比（ CMRR ）的含义。

二、实验仪器

双踪示波器 函数信号发生器

交流毫伏表 直流稳压源

数字万用表 子板-差分放大电路实验板

三 、实验电路

实验电路板

1、差分放大电路的几种接法

差分放大电路有单端和双端两种输入方式，其输出端也有单端和双端两种输出方式。电路的电压放大倍数只与输出方式有关，而与输入方式无关。

（1）单端输入：信号电压ui仅由T1管A端输入，而T2管B端接“地”。

（2）双端输入：可将两路共“地”信号源分别输入A端与B端。当 ui1 =–ui2时，完全为差模电压输入； ui1 =ui2时，则完全为共模电压输入。

一般地，可以出现ui**1 ≠ui2的情况，则可以理解为既有差模输入，也有共模输入。

（3）单端输出：T1管单端输出（ uo1 ），取自T1管的集电极对“地”电压，输入ui与输出信号uo1反相；T2管单端输出（ uo2 ），取自T2管的集电极对“地”电压，输入ui与输出信号uo2反相。

单端输出的放大倍数是单管放大的一半。

（4）双端输出：为T1管与T2管集电极之间的电压，但因晶体管毫伏表测量信号时，其黑夹子只能接“地”，所以测量时分别对“地”测出uo1和 uo2 ，而 uo = u~o1 ~ ― * u o2 * 。

双端输出的放大倍数和单管放大相同。

（5）共模输入：信号电压ui可由A端输入，将T1管输入端A与T2管输入端B连接在一起。而原来T2管B端接“地”的线必须断开，否则会将信号源短路。AC为共模放大倍数，当电路完全对称，则A C ~ = 0， *KCMRR~* →∞，为理想情况。

四、实验内容及步骤

1、长尾式差动放大电路

按图4-1接线，将电路图中RP1连接到R8。

（1）静态测试：

调零： 由于电路不会完全对称，当输入电压为零（将A、B两输入端均接“地”）时，输出不一定为零。通过调节调零电位器RP，可以改变两晶体管的静态偏置。故调节RP时，用万用表直流电压档监测差放电路输出端，使双端输出电压为零，即 UCQ1 = UCQ2 （ UCQ1 、UCQ2分别为T1和T2管集电极对“地”电压）。

按表4-1测量并记录T1和T2管的静态工作点。

实验操作 -长尾式差分放大电路静态调零

实验操作 -长尾式差分放大电路静态UCQ1

实验操作 -长尾式差分放大电路静态UCQ2

实验操作 -长尾式差分放大电路静态UBQ1

实验操作 -长尾式差分放大电路静态UBQ2

实验操作 -长尾式差分放大电路静态UEQ1

实验操作 -长尾式差分放大电路静态UEQ2

表4-1 长尾式差放电路静态数据

（2）动态测试：

a、直流放大测试：

A5实验板左侧直流信号源使用说明：电压选择按键为“弹出”状态时，分别调节两电位器旋钮，两路输出信号均可在-5V～+5V范围内设定；电压选择按键按下时，两路直流信号的可调范围则为-0.5V～+0.5V。

可调直流电源

“双入－双出”工作模式的测量：

调节图4-2所示直流信号源输出电压，使V**i1对地电压为+0.1V（接 A点 ）、V**i2为-0.1V（接 B点 ），构成直流差模信号输入，然后用万用表电压档测量Vo数值并记录于表4-2中。根据所测数据，计算单端输出差模电压放大倍数Aod1 、* A od *2以及双端输出差模电压放大倍数 A~od ~ 。

实验操作 -调Vi1为+0.10V

实验操作 -调Vi1为-0.10V

实验操作 -测量直流放大双入-双出Vod1

实验操作 -测量直流放大双入-双出Vod2

实验操作 -测量直流放大双入-双出差模输出Vod

表4-2长尾式差放电路动态测试（直流放大）

b、交流放大测试：

输入频率为1kHz交流信号 ui ，用示波器始终观察输入、输出信号，记录输入与输出信号之间的相位关系。再用交流毫伏表分别测量 uo1、uo2 。

按表4-3 分别测量差模动态数据，计算差模放大倍数。并将双端输出uo的波形绘制于图4-3（a）中。

注意：

电子仪器使用时要共“地”，即示波器的晶体管毫伏表它们的黑夹子只能接在“┻”上。选用示波器两个通道信号相减的功能观察双端输出的波形。

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-ui单端输入1KHz正弦波100mV有效值

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-单端输入-单端输出uo1

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-单端输入-单端输出uo1

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-单端输入-单端输出uo2

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-单端输入-双端输出uod

长尾式差放差模动态数据 表4-3

按表4-4分别测量共模动态数据计算共模放大倍数及共模抑制比，并绘制双端输出uo的波形于图4-3（b）中。

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-共模输入ui

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-共模输入-单端输出uo1

实验操作 -长尾式差分放大电路动态测试-共模输入-单端输出uo2

长尾式差放共模动态数据 表4-4

当差模输入信号过大时（u i =0.5V），会出现什么情况？用示波器观察ui和uo波形，并将波形图画在图4-4中。

2、恒流源差动放大电路

按图4-1接线，将原来RP1与R8间的连线断开，使RP1与T3集电极相连。

（1） 静态测试

关闭信号源，拆下信号线。当输入电压为零时（将A、B两端接“地”），测量并记录恒流偏置电流I E ，其他静态参数测量方法与前一内容相同，不必再测。

实验操作 -恒流源式差分放大电路静态调零

（2） 动态测试

按表4-5分别测量差模动态数据，并计算差模放大倍数。

按表4-6分别测量共模动态数据，并计算共模放大倍数及共模抑制比。

注：测试方法可参照长尾电路。仅观察波形，不必画波形图。

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-ui单端输入1KHz正弦波20mV有效值

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-单端输入-单端输出uo1

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-单端输入-单端输出uo2

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-单端输入-双端输出uod

恒流源式差放差模动态数据 表4-5

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-共模输入ui

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-共模输入-单端输出uo1

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-共模输入-单端输出uo2

实验操作 -恒流源式差分放大电路动态测试-共模输入-单端输出uoc

恒流源式差放共模动态数据 表4-6

五、预习要求

（1）观察A5实验板电路结构图，确定图4-1实验电路接线方案。

（2）理论计算静态参数：设RP1的滑动端在中点，管子放大倍数β=50，UBE=0.7V，当输入端A、B均接地时，计算差分电路静态参数并将结果填入表4-1中。

（3）理论计算长尾式差动放大电路在单端输入，双端输出时电压放大倍数A d ，并将数值填入表4-2中（计算时不可忽略RP1值）。

六、实验报告

1、整理实验数据，比较实测数据与理论估算值，并进行误差分析。

2、简要说明RE及恒流源电路的作用，总结比较两种差放电路的主要特点。

七、思考题

1、“长尾”差放的直流放大性能测试中，怎样根据直流电压测量数据换算出Vod1 、Voc1 ？如何确定它们的极性？

2、差放动态测试中，为什么不能用毫伏表直接测量 uod ，而必须分别测取uod1和uod2 ，再经计算得到 uod ？

3、“ CMRR ”的含义是什么？

4、输入信号过大时，差分放大电路会出现什么情况？