實驗四_差分放大器

1、實驗四 差分放大器實驗目的：1. 掌握差分放大器偏置電路的分析和設計方法；2. 掌握差分放大器差模增益和共模增益特性，熟悉共模抑制概念；3. 掌握差分放大器差模傳輸特性。實驗內(nèi)容：一、 實驗預習根據(jù)圖4-1所示電路，計算該電路的性能參數(shù)。已知晶體管的導通電壓VBE(on)=0.55, =500，|VA|=150 V，試求該電路中晶體管的靜態(tài)電流ICQ，節(jié)點1和2的直流電壓V1、V2，晶體管跨導gm，差模輸入阻抗Rid，差模電壓增益Avd，共模電壓增益Avc和共模抑制比KCMR，請寫出詳細的計算過程，并完成表4-1。圖4-1. 差分放大器實驗電路表4-1：ICQ（mA）V1（V）V2（V）gm（

2、mS）Rid（k）AvdAvcKCMR1.01662.9672.96739.18.679-78.186-1.94620.089二、仿真實驗1. 在Multisim中設計差分放大器，電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖4-1所示，進行直流工作點分析（DC分析），得到電路的工作點電流和電壓，完成表4-2，并與計算結(jié)果對照。表4-2：ICQ（mA）V1（V）V2（V）V3（V）V5（V）V6（V）1.001252.99752.99751.00341.57651.5549仿真設置：Simulate Analyses DC Operating Point，設置需要輸出的電壓或者電流。2. 在圖4-1所示電路中，固定輸入信

3、號頻率為2kHz，輸入不同信號幅度時，測量電路的差模增益。采用Agilent示波器（Agilent Oscilloscope）觀察輸出波形，測量輸出電壓的峰峰值（peak-peak），通過“差模輸出電壓峰峰值/差模輸入電壓峰峰值”計算差模增益Avd，用頻譜儀器觀測節(jié)點1的基波功率和諧波功率，并完成表4-3。表4-3：輸入信號單端幅度（mV）11020Avd-72.945-70.25-63.00 基波功率P1(dBm)-24.179-4.5450.735二次諧波功率P2(dBm)-97.123-57.937-46.529三次諧波功率P3(dBm)-104.334-46.478-30.295仿真設

4、置：Simulate Run，也可以直接在Multisim控制界面上選擇運行。在示波器中觀察差模輸出電壓可以采用數(shù)學運算方式顯示，即用1通道信號減2通道信號，設置見圖4-2。顯示設置按鈕可以設置數(shù)學運算模式下的示波器顯示參數(shù)，見圖4-3，采用圖中所示顯示調(diào)節(jié)按鈕可以分別調(diào)節(jié)Scale和Offset。圖4-2. 采用示波器測量差模電壓圖4-3. 數(shù)學運算模式下的顯示調(diào)節(jié)思考： 輸入幅度1mV時，表4-3中的數(shù)據(jù)Avd和計算結(jié)果一致嗎？若有差異，請解釋差異主要來自什么方面？ 表4-3中的Avd在不同輸入信號幅度的時候一樣嗎？若不一樣，請解釋原因？答：Avd在不同輸入信號幅度時不一樣。在不相同的信號

5、輸入時，、rbe、rce都不同。3. 在圖4-1所示電路中，將輸入信號V2的信號幅度設置為10mV(Vpk，單端信號幅度)，頻率為10kHz，輸入信號V3的信號幅度設置為0，仿真并測量輸出信號幅度。若輸出信號V1和V2的幅度不一致，請解釋原因，并寫出詳細的計算和分析過程，計算過程可以直接采用表4-1中的性能參數(shù)。仿真設置：Simulate Run，也可以直接在Multisim控制界面上選擇運行，通過Agilent示波器測量輸出波形幅度。4. 在圖4-1所示電路中，將輸入信號V2和V3設置成共模輸入信號信號頻率10kHz，信號幅度10mV，相位都為0°，仿真并測量輸出信號的幅度，計算電

6、路的共模增益，并與計算結(jié)果對照。思考：若需要在保證差模增益不變的前提下提高電路的共模抑制能力，即降低共模增益，可以采取什么措施？請給出電路圖，并通過仿真得到電路的共模增益和差模增益。仿真設置：Simulate Run，也可以直接在Multisim控制界面上選擇運行，通過Agilent示波器測量輸出波形幅度。5. 采用圖4-4所示電路對輸入直流電壓源V2進行DC掃描仿真，得到電路的差模傳輸特性。 電壓掃描范圍2.35V2.75V，掃描步進1mV，得到電阻R2和R3中電流差隨V2電壓的變化曲線，即輸出電流的差模傳輸特性，并在差模輸出電流的線性區(qū)中點附近測量其斜率，得到差分放大器的跨導，并與計算結(jié)果

7、對照（VBE(on)=0.55, =500）； 若將V3電壓改為1V，再掃描V2的電壓，掃描范圍0.8V1.2V，掃描步進1mV，與中一樣，通過仿真得到差模傳輸特性，在傳輸特性的線性區(qū)測量差分放大器的跨導，并與計算結(jié)果對照。圖4-4. 差分放大器傳輸特性實驗電路1 若將圖4-4中的電阻R1改為理想直流電流源，如圖4-5所示。與中一樣，固定V3電壓為1V，掃描V2的電壓，掃描范圍0.8V1.2V，掃描步進1mV，通過仿真得到差模傳輸特性，并與中仿真結(jié)果對照，指出二者結(jié)果的異同并給出解釋。圖4-5. 差分放大器傳輸特性實驗電路2思考：a. 在仿真任務中，若V2的電壓掃描范圍改為0V15V，測量電源

8、電壓V2和V3中的電流，即三極管的基極電流，與理論分析一致嗎？參考硬件實驗中給出的MAT02EH內(nèi)部電路，給出解釋。硬件實驗中，由于誤操作，三極管基極可能接地或者接電源，若電流過大，可能導致晶體管損壞，如何避免這種誤操作導致的基極電流過大？當電壓過大，基極電流會產(chǎn)生較大變化，與計算結(jié)果不一致。此時基極電壓過大，使基極和發(fā)射極之間的二極管被擊穿，基極電流不斷變大。為避免二極管被擊穿，因先測量各點電壓再接入差分對管。b. 比較仿真任務和，差模輸出電流隨V2的變化趨勢一樣嗎？若有差異，原因是什么？變化趨勢相同，數(shù)值不同。兩個電路的基極電壓不同，導致工作點電流不相等，于是輸出差模電流也不相等。仿真設置

9、：Simulate Analyses DC Operating Point，設置掃描電壓源及掃描范圍和步進，需要輸出的電壓或者電流。差模電流通過表達式計算得到，設置界面見圖4-6。在仿真結(jié)果中通過標尺完成測量，設置如下：Grapher view Cursor Show Cursor，然后拖動標尺測量。圖4-6. 差模輸出電流的設置三、 硬件實驗1、按實驗預習電路圖在面包板上搭接電路。1）測量電路各點的直流工作點，完成下表。圖4-8. MAT02EH管腳圖 測量電路的直流工作點，完成表4-4。表4-4：V1（V）V2（V）V3（V）V5（V）V6（V）3.083.070.941.561.53思考

10、：若直流電壓V1和V2不一樣，可能是什么原因?如何調(diào)整電路可以使得輸出直流電壓 V1和V2更加一致？V1和V2有差別。由于電路在搭接時不能做到完全對稱。可在集電極串聯(lián)小的補償電阻，在不產(chǎn)生對增益大的影響的前提下使V1=V2。輸入差模信號后，通過示波器同時觀測兩路輸出波形，示波器界面如圖4-10所示。設置合理的顯示參數(shù)并截圖，根據(jù)截圖數(shù)據(jù)中的波形峰峰值計算電路的差模增益。請?zhí)峤惠斎胄盘枂味苏穹謩e為5mV和10mV時的兩路差分輸出波形，并分別計算差分增益，信號頻率都為10kHz。 將兩路輸入信號改為相同的信號，頻率10kHz，振幅為10mV，得到兩路輸出信號的波形并提交截圖。2. 差模傳輸特性

11、在面包板上設計電路，并測試差模傳輸特性。R7為010k可變電阻。1)R4=R5=1k, 手動調(diào)節(jié)可變電阻R7，逐點測量節(jié)點8電壓，節(jié)點4及節(jié)點7的電壓差（通過該電壓差計算差模電流）。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，以節(jié)點8電壓為X軸，差模輸出電流為Y軸，得到電路的差模傳輸特性，并在差模輸出電流0附近測量其斜率，即放大器跨導。 V8(V)V4(V)V7(V)V4-V7(V)I2-I31.74.862.782.081.041.694.852.822.031.0151.684.832.881.950.9751.674.822.931.890.9451.664.783.011.770.8851.65

12、4.713.091.620.811.644.683.141.540.771.634.593.261.330.6651.624.53.41.10.551.614.353.580.770.3851.64.213.780.430.2151.594.013.910.10.051.583.874.02-0.15-0.0751.573.674.18-0.51-0.2551.553.464.47-1.01-0.5051.533.24.67-1.47-0.7351.53.044.82-1.78-0.89gm=12.5mS.2)令R4=R5=20k，重復1）。測量結(jié)果：V8(V)V4(V)V7(V)V4-V7(V)I2-I31.53.24.73-1.53-0.7651.533.44.48-1.08-0.541.553.644.24-0.6-0.31.573.893.91-0.02-0.011.584.063.80.260.131.594.163.750.410.2051.64.273.580.690.3451.614.433.440.990.4951.624.523.31.220.611.634.583.231.350.6751.644.653.111.540.771.654.733.041.690.8451.664.82.981.820