差分放大的设计和调试.ppt
一、实验目的,二、实验原理,三、实验线路板,五、预习要求,四、实验内容与要求,六、实验报告及思考题,实验七 差分放大电路设计和调试,1.加深对差动放大电路工作原理及特点的理解；了解零点漂移产生的原因与抑制零漂的方式；了解提高共模抑制比的方法。2.学会设计具有恒流源的差动放大电路及电路的调试方法。,一、实验目的,3.掌握差动放大电路的基本参数的测试方式。,二、实验原理,1、直流放大电路的特点 在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进行放大，此时就不能用RC耦合放大电路了。为此，若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。下图就是一种简单的直流放大电路。,由于该电路级间是直接耦合，不采用隔直元件（如电容或变压器），便带来了新的问题。由于电路的各级直流工作点不是互相独立的，便产生级间电平如何配置才能保证有合适的工作点和足够的动态范围的问题。由于温度、电源电压的变化或其他干扰而引起的各级工作点电位的缓慢变化，都会经过各级放大使末级输出电压偏离零值而上下摆动，这种现象称为零点漂移。,2差分放大电路的特点（1）典型分放大电路如下图所示。它是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。,（2）带恒流源的差动放大器 为了改善差动式直流放大电路的零点漂移，利用了负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发射极回路接入了稳流电阻RE和负电源VEE，RE愈大，稳定性愈好。但由于负电源不可能用得很低，因而限制了RE阻值的增大。为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替RE，形成了具有恒流源的差动放大器，电路如图所示的差动放大器，应用十分广泛。,当某些环境因素或干扰存在时，会引起电路参数变化。例如当温度升高时，三极管VBE会下降，会增加，使两管的集电极电流增加了ICQ1=ICQ2=ICQ，使两管集电极对地电位也产生了一个增量VCQ1和VCQ2，且数值相等。此时输出电压的变化量VO=VCQ1-VCQ2=0，由于差分放大对共模信号的抑制作用，VCQ1和VCQ2不会对下一级产生影响。结论：抑制了零点漂移,3差分放大电路的特性,（1）传输特性 传输特性是指差动放大器在差模信号输入时，输出电流IC随输入电压的变化规律，传输特性曲线如图所示。由传输特性可以看出：传输特性直观地反映了差分放大器的电路对称性及工作状态，可用来设置差动放大器的静态工作点及调整与观测电路的对称性。,（2）对差模信号的放大作用：,双端输入-双端输出：式中,RL为负载,（3）对共模信号的放大作用：,双端输出：,注意：用晶体管构成的恒流源来代替Re，则上式的Re“集射”之间的交流阻抗（达几十k 几M）。,（4）共模抑制比,共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即：,共模抑制比说明了差分放大器对共模信号的抑制能力，其值越大，则抑制能力越强，放大器的性能越好。,对于单端输出电路，可以得到共模抑制比：,4、设计方法（举例）设计一具有恒流源的双端输入-双端输出差分放大电路。晶体管主要参数为80，；,电源电压VCC=12V，VEE=-12V；负载 RL=30k。差分放大电路性能指标要求：差模输入电阻Rid30k，双端输出差模增益Avd30，共模抑制比CMRR60dB。,差分放大器的静态工作点主要由恒流源决定，故一般先设定。I0取值不能太大，I0越小，恒流源越恒定，漂移越小，放大器的输入阻抗越高。但也不能太小，一般为几百微安几毫安。这里取I0=1mA，则：,要求,射极电阻RP不能太大，否则负反馈太强，使得放大器增益很小，一般取100左右的电位器，以便调整电路的对称性，现取RP=100。则RB 6.638k，取RB=8.2k。,IC1、IC2的确定,RB 的确定,要求Avd30，即：,RC的确定,验证直流工作点是否正确？,则VE1=VE2=-0.7V,放大器工作在放大状态，且有足够的动态范围。上述参数选择合理。如参数不合理，可修改的I0值，重新计算电路参数。,对于恒流源电路，其静态工作点及元件参数计算如下：取IR=I0=1mA,Re3=Re4=Re,则,R+RE=12.7 k射极电阻RE一般取几千欧，这里可取Re4=Re3=2k，则R=10.7k，为调整I0方便，R用8.2K固定电阻R1与5K电位器R2串联。,恒流源电路的参数确定,三、实验线路板,单、双端输出选择,短路线选择输入信号,产生+100mv、-100mv,交流输入,1.设计并组装电路，测试并调整电路的静态工作点。vi1=vi2=0（接地）,。,2.调节放大器零点：vi1=vi2=0 vi1=vi2=0,调Rp，使vo=0。,四、实验内容与要求,3.测量差模电压放大倍数。在输入端vi1、vi2分别加入直流差模信号Vid0.1V。用数字万用表测量单端电压Vod1、Vod2 及双端输出电压Vod。计算其电压放大倍数Ad1、Ad2及Ad。从单端输入、加入vi=50mV，f=1kHz的正弦交流信号。分别测量、记录单端及双端输出电压，计算单端及双端的差模放大倍数。4.测量共模电压放大倍数。将输入端vi1、vi2短接，在输入端加入直流电压信号+0.1V。由测量数据算出单端和双端输出的电压放大倍数。进一步算出共模抑制比:,。,CMRR=,测试表格:,复习教材中差分放大器电路的工作原理和性能指标。根据课题要求，设计差分放大器电路，计算并确定电路参数。用Pspise对设计进行仿真，并与理论计算进行比较，如有必要修改电路参数。（1）作静态分析，测量静态工作点，分析是否合理。（2）加上输入信号，对电路作DC Sweep分析，作输出电流Ic1、Ic2随Vi的传输特性及Vc1、Vc2、随Vi的传输特性，并可根据传输特性，调整静态工作点。（3）作交流分析，测量差模电压增益频响曲线、共模电压增益频响曲线、差模输入电阻的频响曲线。验证你的电路是否满足设计的要求。如不合要求，可修改电路参数。4.设计实验步骤和测量技术指标的方法。,五、预习要求,列出设计过程。整理实验数据，计算各种指标参数，并与理论设计值进行比较，分析误差原因。总结差放电路的性能和特点。回答问题：（1）通过比较，简要说明差分放大器是如何解决电压放大倍数和零点漂移这一矛盾的？（2）为什么用恒流源代替Re可以提高共模抑制比？,六、实验报告及思考题,
