2.6  差动放大器

2.6.1  实验目的

1．加深对差动放大器性能及特点的理解。

2．学习差动放大器主要性能指标的测试方法

2.6.2  实验原理

1．  实验电路

图2-6-1   差动放大电路实验电路图

实验电路如图2-6-1所示。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器用来调节、管的静态工作点，使得输入信号时，双端输出电压。为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它用晶体管恒流源代替发射极电阻，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

2．差动放大器主要性能指标

（1）静态工作点

典型电路：（认为）

          

恒流源电路：

            

（2）差模电压放大倍数

当差动放大器的射极电阻足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数由输出端决定，而与输入方式无关。

双端输出时，若在中心位置

单端输出时    

 

式中和分别为输入差模信号时晶体管、集电极的差模输出电压。

（3）共模电压放大倍数

双端输出时    

实际上由于元件不可能完全对称，因此不会绝对等于零。

单端输出时    

式中和为输入共模信号时晶体管、集电极的共模输出电压。

（4）共模抑制比

为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大能力和对无用信号（共模信号）的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比

        或     （dB）

2.6.3  实验内容和步骤

1．典型差动放大器性能测试

按图2-6-1连接实验电路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。

（1）测量静态工作点

①调零：将放大器输入端A、B与地短接，接通直流电源，用万用表测量输出电压，然后调节调零电位器，使。

②测量静态工作点：零点调好以后，用万用表测量、管各电极电位及射极电阻两端电压，记入表2-6-1中。

表2-6-1   测静态工作点记录表格

（2）测量差模电压放大倍数

①在放大器的输入端A、B之间加入，的差模信号。

②用毫伏表测量晶体管、集电极差模输出电压、，记入表2-6-2中。

③计算和、、的值，其中、、，将结果记入表2-6-2中。

表2-6-2   测差模电压放大倍数记录表格

（3）测量共模电压放大倍数

①去掉输入信号，将放大器的输入端A、B两点短接，在A（即B）与地之间加入，的共模信号。

②用毫伏表测量晶体管、集电极共模输出电压、，记入表2-6-3中。

③利用公式、、计算、、，并记入表2-6-3中。

④计算共模抑制比、、，将结果记入表2-6-3中。

表2-6-3   测共模电压放大倍数记录表格

2．具有恒流源的差动放大器性能测试

将图2-6-1中开关K拨向右边，构成具有恒流源的差动放大器。重复实验内容1-（2）、1-（3）的要求，记入表2-6-2和表2-6-3中。

2.6.4  实验报告要求

1．整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。

（1）静态工作点和差模电压放大倍数。

（2）典型差动放大器单端输出时的实测值与理论值比较。

（3）典型差动放大器单端输出时的实测值与具有恒流源的差动放大器实测值比较。

2．比较和、之间的相位关系。

2．  根据实验结果，总结电阻和恒流源的作用。

2.6.5  实验设备

1.双踪示波器           一台

2.信号发生器           一台

3.直流稳压电源         一台

4.晶体管毫伏表         一台

5.万用表               一块

2.6.6  实验预习要求

1．根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数（取）。

2．测量静态工作点时，放大器输入端A、B与地应如何连接？

3．实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？画出A、B端与信号源之间的连接图。

4．怎样进行静态调零？用什么仪表测？

5．怎样用毫伏表测双端输出电压？

2.6.7  实验注意事项

1.使用信号发生器前应将“输出细调或正弦幅度”调到最小，然后接通电源，进行预热。以防使输入信号过大，产生不良影响。

2.几个仪器共同使用时，必需遵守“共地”连接的原则。

3.严禁信号发生器、稳压电源的输出端短路，以防损坏仪器。

4.实验完毕按有关规定恢复仪器的面板开关旋钮的位置。

 

第二篇：差动放大器性能仿真--实验报告

辽宁工程技术大学

实 验 报 告

课程名称： 集成电路设计基础 实验项目： 差动放大器性能仿真 实 验 室： 计算机软件实验室 姓 名： 张 宇 学 号： 0906110227 专业班级： 电信09-2班 实验时间；20xx年12月15日

预 习 报 告

一、实验目的：

1、复习基本差动对的电路结构、特点及工作原理。

2、学会使用tanner软件对差动放大器的基本性能进行仿真。

二、实验内容：

（1）画电路图，如图3.1。图中的电阻阻值均为5K欧。Mos管的宽长比采 用默认值。恒流源为source_i_dc，名字改为Iss，电流值为500uA。加入输入电压源如图3.2所示。输入电压源为正弦电压源（即 source_v_sine），in1输入端电压源名字改为vin1，in2输入端电压源名字改为vin2，两者振幅（amp）为默认值0.5，频率改为100，vin1的相位为0，vin2的相位（phase）改为180，其他所有参数均为0。vin1和vin2的下端共同连接一个直流电压源（即source_v_dc），名称改为vdc，电压值为1.5V。

（2）生成spice文件，并且加入include命令、瞬态扫描命令（扫描时间为0.1 秒，步长为0.001）如图3.3所示、输出差动输入in1和in2及差动输出out1和out2，最终输出网表如图3.4所示。

（3）仿真结果如图3.5所示。点击W-Edit工具栏中的，将各个曲线展开得到图3.6，这样可以更清楚地比较输入和输出曲线。

（4）将图3.4的网表文件中的vdc电压值改为0.5V，将vin1和vin2的振幅改为1.5V，然后再进行仿真，得到的结果如图3.7所示。输入输出特性分析。将vdc的电压值改为0.5V，vin1和vin2的频率值由100改为0，然后对vin1进行直流电源线性扫描（扫描范围从-3V到3V，步长为0.02），输出电压为v（out1，out2）（即输出中选Voltage，节点为out1，参考点为out2），网表文件如图3.8所示。仿真后的结果如图3.9所示。

实验原始数据记录

3.1基本差动对电路图 3.2加入电源后的基本差动对

3.3瞬态扫描命令 3.4完整的spice文件

3.5仿真结果

3.6展开仿真结果

3.7仿真结果

3.8spice文件

3.9仿真结果

实验结果分析与实验体会

实验分析：

1、比较图3.6和图3.7，解释图3.7中两个输出电压波形失真的原因。

2、观察图3.9，读出输出电压的最大和最小值，验证仿真结果和理论分析的一致性。

解答：

1、如果共模电平设置不合理或者受到干扰输出点的偏置电平就会发生变化，当改变共模电平与输入电压时，按照实验要求，使其增大，输入电平过高会使器件进入线性区，随着共模输入的增加，输入管漏源电压不断减小，从而造成失真。

2、输出电压的最大值为2.5v，最小值为-2.5v。试验中设置输入电压为3v，而共模电平为2.5v，按照差动放大器的输出性质，这个输出图形上显示+2.5v与-2.5v与理论是相符合的。与理论相一致。

实验体会：

此次试验主要是为了复习基本差动对的电路结构、特点及工作原理，学会使用tanner软件对差动放大器的基本性能进行仿真。整个实验过程中，进一步加强对tanner软件的应用能力，不断提高自己的理解能力，提高自我，加强对软件的使用的能力的提高。已验证实验的形式，增强自己对知识点的掌握能力。整个实验能力过程比较顺利，一起运转正常。