实验六　差动放大器

一、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。

二、实验原理

1.   差动放大器的基本结构

图 1差动放大器实验电路

(1) 典型差动放大器

当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器RP用来调节T1、T2管的静态工作点，使得输入信号Ui＝0时，双端输出电压UO＝0。

RE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。

(2) 恒流源的差动放大器

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RE，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

2.   静态工作点的估算

(1) 典型电路：                          （认为UB1＝UB2≈0）

(2) 恒流源电路：     

　　

3.   差模电压放大倍数和共模电压放大倍数

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

(1) 双端输出:　RE＝∞，RP在中心位置时，

(2) 单端输出：

当输入共模信号时，若为单端输出，则有

 

若为双端输出，在理想情况下：

实际上由于元件不可能完全对称，因此AC也不会绝对等于零。

4.   共模抑制比CMRR

共模抑制比：用于表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力：

　　         

或

         

注意：差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。本实验由函数信号发生器提供频率f＝1KHZ的正弦信号作为输入信号。

三、实验设备与器件

1、±12V直流电源

2、函数信号发生器

3、双踪示波器

4、交流毫伏表

5、直流电压表

6、晶体三极管3DG6×3（或9011×3）。，要求T1、T2管特性参数一致。

       电阻器、电容器若干。

四、实验内容

1.   典型差动放大器性能测试

按图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

实验步骤：

①  节放大器零点

a)   信号源不接入；

b)   输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源；

c)   用直流电压表测量输出电压UO；

d)   调节调零电位器RP，使UO＝0。

②  量静态工作点

用直流电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端电压URE。

Multisim仿真电路：

表1

(2) 测量差模电压放大倍数

实验步骤：

①  断开直流电源；

②  单端输入方式：函数信号发生器的输出端接A端，地端接B端；

③  调节输入信号为频率f＝1KHz的正弦信号，并使输出旋钮旋至零；

④  用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）；

⑤  接通±12V直流电源；

⑥  逐渐增大输入电压Ui（约100mV），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测 Ui，UC1，UC2；

⑦  观察ui，uC1，uC2之间的相位关系及URE随Ui改变而变化的情况。

(3) 测量共模电压放大倍数

实验步骤：

①  共模输入方式：放大器A、B短接，信号源接A端与地之间；

②  调节输入信号f=1kHz，Ui=1V；

③  在输出电压无失真的情况下，测量UC1， UC2之值；

④  观察ui， uC1，uC2之间的相位关系及URE随Ui改变而变化的情况。

(4) 具有恒流源的差动放大电路性能测试

将图1电路中开关 K 拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复内容（2)、（3)的要求。

　表2

五、实验总结

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)  典型差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与理论值比较

（3)  典型差动放大电路单端输出时CMRR的实测值与具有恒流源的差动放大器CMRR实测值比较。

影响差分放大器共模抑制比的因素比较典型的有：电路的对称性和电路本身线性工作范围。这两个因素也是产生实验误差最重要的因素。

电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰幅度，对称性越差，CMRR也就越小，抑制共模信号干扰的能力也就越差；

实际的电路，其线性范围不是无限大的，当共模信号超出了电路线性的范围，即使正常信号也不能被正常放大，更谈不上共模抑制能力。所以对共模抑制比较高的设备的前端电路都会采用较高的工作电压。

2.   比较ui，uC1和uC2之间的相位关系。

uc1和uc2是同相位的，ui和它们反相。

3.   据实验结果，总结电阻RE和恒流源的作用。

(1) RE为两管共用的发射极电阻

①   对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数；

②   对共模信号有较强的负反馈作用，有效地抑制零漂，稳定静态工作点；

③   当差动放大器的射极电阻RE足够大，差模电压放大倍数Ad由输出端方式决定，而与输入方式无关。

(2) 恒流源的差动放大器

①   用晶体管恒流源代替发射极电阻RE；

②   进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力；

③   差模电压放大倍数Ad由输出端方式决定，而与输入方式无关。

 

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。