差动放大器实验

差动放大器实验

一、 实验目的

1、  计算差动放大器的发射极直流电流Ie，并比较测量值与计算值。

2、  计算差动放大器的集电极直流电流Ic，并比较测量值与计算值。

3、  计算差动放大器的集电极直流电压Vc,并比较测量值与计算值。

4、  计算差动放大器的差模增益，并比较测量值与计算值。

5、  测定差动放大器双端输出峰值电压波形与输入波形之间的相位关系。

6、  测定差动放达器双端输出峰值电压，并与单端输出峰值电压相比较。

7、  计算差动放大器的共模电压增益，并比较测量值与计算值。

8、  测定差动放大器的共模抑制比CMRR，说明这个参数对抑制噪声的作用。

二、 实验器材

  2N3904  NPN三极管                           2个

  直流电压源                                    2个

  0—10mA毫安表                                3个

  直流电压表                                    2个

  示波器                                        1台

  信号发生器                                    1台

  电阻：  100Ω          2个，2kΩ              3个

三、实验原理

        在图1 所示的电路中，差动放大器的发射极总电流Ie可用发射极电阻Re两端的电压除以发射极电阻来计算。假定每个晶体管的直流基极电流可忽略，则基极电压V_b近似等于零。因此

图1 差动放大器的静态分析

差动放大器的直流集电极电流Ic1及Ic2近似等于直流发射极电流Ie1及Ie2。当电路对称时，两个晶体管的发射极电流、集电极电流和集电极电压都相等

                      

差动放大器的差模电压增益A_d可通过测量一个集电极的峰值电压（V_c2p）和两个基极之间的峰值电压（V_b1p—V_b2p）来求出，所以

                      

因b₂通过100Ω电阻接地，因此

                       

差模输入时，两个晶体管的差动放大器，计算差模电压增益的公式为

                        

其中，r_be为晶体管的输入电阻。

共模输入时，两个晶体管的基极输入电压大小相等、相位相同

                     V_b1=V_b2

    差动放大器的共模电压增益为集电极输出电压峰值与基极输入峰值电压之比

                    

    在图2 所示的单端输入单端输出差动放大电路中，因为长尾电阻Re对共模信号的强烈串联电流负反馈作用，所以共模电压增益的计算公式为

                    

式中Rc为集电极负载电阻，Re发射极长尾电阻。

共模抑制比CMRR是衡量差动放大器对共模信号抑制能力的重要技术指标，定义为差模电压增益与共模电压增益之比

                   

如果以分贝dB为单位，则

                    

图2 差动放大器

四、 实验步骤

1、  在EWB平台上建立如图1 所示的实验电路，单击仿真开关进行静态分析。电路稳定后，记录两管发射极总电流Ie，集电极电流Ic1、Ic2和集电极电压Vc1、Vc2。

2、  用电路元件参数计算发射极总电流Ie。

3、  计算差动放大器电路对称时的集电极电流Ic1和Ic2。

4、  计算电路对称时的集电极电压Vc1和Vc2。

5、  在EWB平台上建立如图2 所示的实验电路，仪器按图设置。单击仿真开关运行动态分析。记录峰值输出电压V_c2p和峰值输入电压V_b1p。

6、  根据步骤5的读数，计算放大器的差模电压增益A_d。

7、  根据电路元件参数及晶体管的输入电阻r_be，计算差模电压增益。

8、  记录输出正弦电压Vc2波形与输入正弦电压V_b1波形之间的相位差。将信号发生器的输出接线和示波器的探头移到晶体管T2的基极b₂。单击仿真开关运行动态分析。记录输出正弦电压V_c2波形与输入正弦电压V_b2波形之间的相位差。

9、  将示波器的接地端接到晶体管T1的集电极c₁，把示波器通道B的输入设为1V/Div,将通道A输入由AC改为0。单击仿真开关运行动态分析，记录两晶体管集电极之间的峰值电压。

10、              将示波器的接地端恢复接地，用导线连接基极b₁和b₂。将示波器通道A的输入设为原来的AC，通道B输入设为2mV/Div。单击仿真开关运行动态分析。记录峰值输出电压V_c2p及峰值输入电压V_b2p。

11、              根据步骤10的电压测量值，计算共模电压增益Ac。

12、              根据电路元件值，计算共模电压增益。

13、              根据搽模增益A_d和共模增益Ac的测量值，计算共模抑制比的分贝值。

五、思考与分析

1、  发射极总电流Ie的计算值与步骤1中的测量值比较，情况如何？

2、  差动放大器的电路对称时，发射极总电流Ie与集电极电流Ic1、Ic2有何关系？

3、  静态时Ic1=Ic2及Vc1=Vc2的条件是什么？

4、  直流集电极电流及电压的计算值于测量值比较，情况如何？

5、  差模电压增益的计算值与测量值比较，两者有何差别？

6、  根据步骤8得到的数据，说明在图2 所示的差动放大电路中哪个基极为反相输入端，哪个为同相输入端？

7、  在步骤9中，双端输出的峰值电压与单端输出的峰值电压比较有何差别？

8、  共模电压增益的计算值与测量值比较，情况如何？

9、  共模电压增益与差模电压增益比较，情况如何？两者差值的大小对抑制差动放大器的噪声有何影响？

10、              共模抑制比CMRR这个技术指标对差动放大器的性能有何影响？