实验 3.7 差动放大器一、实验目的（1）理解差动放大器的工作原理，电路特点和抑制零漂的方法2）掌握差动放大器的零点调整及静态工作点的测试方法3）掌握差动放大器的差模放大倍数、共模放大倍数和共模抑制比的测量方法二、实验设备及材料函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、万用表、直流稳压电源、实验电路板三、实验原理图3.7.1差动放大器实验电路差动放大器实验电路如图3.7.1所示，其中晶体管T1> T2称为差分对管，与电阻RC1、RC2及电位器RW共同组成差动放大的基本电路其中RC1=RC2, Rw为调零电位器， C1 C2 W C1 C2 W若电路完全对称，静态时RW应处为中点位置，若电路不对称，调节RW，使U两端静 WWo态时的电位相等（U =0）o晶体管T3、D,与电阻R 3和R2组成恒流源电路，可以为差动放大器提供恒定电流3 1 e3 2/0两个R1为均衡电阻，给差动放大器提供对称的差模输入信号由于电路参数完全对 称，当外界温度变化，或电源电压波动时，对电路的影响都是一样的，因此差动放大器 能有效的抑制零点漂移1、差动放大器的输入输出方式，如图 3.7.1 所示电路根据输入信号和输出信号的不同方式有四种连接方式。
1） 双端输入一双端输出：输入信号U加在U2两端：U.=U.-U.2；输出Ui i1 i2 i i1 i2 o取自U「U 2两端：U =U -U 21 2 1 2（2） 双端输入一单端输出：输入信号U.加在U.、U2两端：U.=U-U2；输出Ui i1 i2 i i1 i2 o取自U 1或U 2到地的信号：U =U 1或U =U 21 2 1 2（3） 单端输入一双端输出：输入信号加在U上，U.2接地（或 U接地而信号加i1 i2 i1在U2上）；输出U取自U「U 2两端：U =U -u2i2 1 2 1 2（4） 单端输入一单端输出：输入信号加在U 上, U2接地（或 U接地而信号加i1 i2 i1在U2上）；输出U取自U 1或U 2到地的信号：U =U 1或U =U 2i2 1 2 1 2连接方式不同，电路的性能参数有所不同2、 静态工作点的计算具有恒流源的差动放大器静态时（U. = 0）,由恒流源电路得i3-7-1)3-7-2)( 3-7-3)U -UI =—D BE—0Re3其中UD为稳压管7的稳压值，UBE为发射结压降D 1 BE差动放大器中的T］、T参数对称，则IC1 = IC2 = I0/2IRU = U = U -1 R = U - 0 C1C1 C2 CC C1 C1 CC 2由（3-7-3）式可知，具有恒流源的差动放大器的工作点，主要由恒流源I0决定。
3、 差动放大器的主要指标计算（ 1）差模放大倍数 Audud由分析可知，差动放大器在单端输入或双端输入方式不同时，它们的差模电压增益 相同但是对双端输出和单端输出方式的不同，差模电压增益不同在此仅分析双端输 入情形，单端输入情形可自行分析差动放大器的两个输入端分别输入两个大小相等，极性相反的差模信号U.d1、Ud id1 id2 （u.d1=-u.d2）,差动放大器的差模输入信号u.d= u.d1-u.d2id1 id2 id id1 id2双端输入—双端输出时，差动放大器的差模电压增益为A = odud UidU - U A—od1 od2 = AU -U u1 id1 id2P RL R-R + r + (1+P) wb be 23-7-4)式中R」l R OAui为单管电压增益双端输入—单端输出时，差模电压增益为：A « od1ud1 UidUod12Uid1Au1卩R'L R2( R + r + (1+P )f)b be 23-7-5)式中 R' = R IIRL C L（2）共模放大倍数A CuC差动放大器的两个输入端同时加上两个大小相等，极性相同的共模信号，即U = U = U ic i1 i2单端输出时的共模电压增益A = ―oci = ue2 = A uC1 U U uC2iC iC卩RRR + r + (1+ 卩) + (1+P) Rb be 2 e3-7-6)式中R为恒流源的交流等效电阻。
即eR = r (1+ ”3*e3 ) (3-7-7)e ce3 r + R + Rbe3 E3 Br =300Q+(1+ ® 26(豊) (3-7-8)be3 I (mA)E33-7-9)R = R || rB 2 D1其中r为稳压管/的动态电阻由于r (T3的集电极输出电阻)一般为几百千欧, D1 1 be3所以R » R，故共模电压增益ACV1,在单端输出时，共模信号得到了抑制e L uC双端输出时，在电路完全对称情况下，则输出电压uC1=uC2，共模增益为C1 C2U -UA = ―oC1 uC2 =0 (3-7-10)uC UiC 式(3-7-10)说明，双端输出时，对零点漂移，电源波动等干扰信号有很强的抑制能力如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则―与U 2的值近似为零，示波器观1 2测U ］与U 2的波形近似于一条水平直线共模放大倍数近似为零，则共模抑制比kcmr1 2 CMR为无穷大如果电路的对称性不好，或恒流源不恒定，则 U 1、U 2为一对大小相等极1 2性相反的正弦波(示波器幅度调节到最低档)，用长尾式差动放大电路可观察到 U 1、1U 2分别为正弦波，实际上对管参数不一致，受信号频率与对管内部容性的影响，大小2 和相位可能有出入，但不影响正弦波的出现。
3)共模抑制比 KCMR 差动放大电器性能的优劣常用共模抑制比Kcmr来衡量，即：AAK = ~ud_或 K = 20 lg—ud~CMR ACMRAuCuCdB3-7-11)单端输出时，共模抑制比为：ud13-7-12)CMRuC+rbe+(1+双端输出时，共模抑制比为：KCMRA-UT = 8AuC3-7-13)四、实验内容如图3.7.1所示连接实验电路，将F点与C点相连接注意正、负电源的接法1、调整静态工作点（操作性实验）接上正、负电源，不加输入信号，将输入端\、U2两点接地，再用万用表直流档 i1 i2分别测量差分对管T］、T2的集电极对地的电压UC1、UC2如果测量结果UC1^UC2，调 整电位器RW使UC1=UC2,或者使它们非常接近若调节RW始终都无法满足UC1=UC2且W C1 C2 W C1 C2相差比较大时，可适当调整电路的参数如RC1或RC2，使RC1与RC2不相等以满足电路 对称（比如在RC1上并接一个电阻，这样减小RC1使电路对称）再调节RW满足UC1=UC2oC1 C1 W C1 C2然后分别测量uc1、uc2、ub1、ub2、ue1、ue2的电压，根据测量数据计算ic1和iC2， 记入表3-7-1中左边实际测量值栏内，与右边的理论计算值进行比较。
表3-7-1 静态工作点测量数据记录 I0= mA （电压单位 /V ；电流单位 /mA）实际测量值理论计算值T1T2T1T2UB1UE1UC1IC1UB2UE2UC2IC2UB1UE1UC1IC1UB2UE2UC2IC22、单端输入电路的测量（验证性实验）将U2端接地，从U端输入f=1 kHz、Uid =50 mV 正弦波信号 i2 i1 id p-p（1）单端输出双踪示波器两个探头，分别测量单端差模输出电压Ud1 （U 1）＞ U d2 （U 2）的波形,d1 1 d2 2观察它们的相位关系记录U d1和U d2的波形与幅度（峰峰值），以U.d的相位为参考, d1 d2 id表示出它们之间的相位关系计算单端输出的差模放大倍数Aud （单）记入表3-7-2' 单端测量、电路 数据 、、恒流源差动放大器典型差动放大器（Rg10kQ）UU；d=50 mVppU；d= 50 mVppU1 Id p p Id p pU 2U = U - U ,A = U、/ U.A = U / U. u （双） o 1 1表 3-7-2 差动放大器测量数据记录（单端输入情形）2）双端输出■>tuo d测量双端输出差模电压U d（=Ud1-Ud2）的波形，方法是d d1 d2在前面测量U d1和U d2的基础上，调节“VOLTS/DIV”垂直灵敏度及其微调档使CH「d1 d2 1CH2两通道完全相同，在“MODE”垂直显示方式中选择“ADD”叠加方式，按下“CH2INV” CH2反相按键，即可得到差分波形Ud。
记录Ud的波形与幅度（峰峰值），计算2 od od差模双端输出的放大倍数Ad（、，记入表3-7-2d （双）（3）用固定电阻R=10kQ代替恒流源电路，即将F点与D点相连接，组成典型 e的长尾式差动放大电路，静态（U = 0）时调节RW，使U =0o再重复上述实验步骤（1）、 i W o（2），记入表3-7-2，并与恒流源电路相比较后说明3、 双端输入情形测量（验证性实验）（ 1 ）共模信号输入将输入端J、U.2两点连接在一起，从U.1端输入f=1 kHz、有效值为1V的正弦信 号UC为共模信号，双踪示波器观察单端共模输出UC1 （U ,）和UC2 （U 2）波形，注iC C1 1 C2 2意观察它们的相位关系用毫伏表分别测量T、T2两管集电极对地的共模输出电压U C11 2 C1和U C2 （注意表示出它们之间的相位关系），则双端输出的共模电压为U C=U C1-u C2oC2 C C1 C2自拟表格记录测量数据并计算出单端输出的共模放大倍数AC（S） （A C1或AC2）、双端uC （单） uC1 uC2输出的共模放大倍数AC（m）ouC （双）（ 2）差模信号输入Uy 乙端分别与A、B点连接，将两路差模信号U. U （预习准备好）分别输 i1 i2 i1 i2入U.、U.2端。
与共模输入情形时类似，测量差模输入时单端输出和双端输出的放大倍i1 i2数Ad（单〉、Ad（w）和共模抑制比KcmR（单\、Kcmr （w）o自拟表格记录测量与计算数据d （单） ud （双） CMR （单） CMR （双）4、 差动放大器的差模传输特性测试（验证性实验）差动放大器的F点与C点相连接把信号发生器输出f=100 Hz、Uid =50 mVp-p 的 正弦波信号输入到差动放大器的U「端，卩.2端接地；同时将此输入信号送至示波器的 i1 i2“TRIG IN”外触发信号输入端示波器的“SOURCE”触发源选择置“EXT”外触发 位置；“TIME/DIV”水平扫描速度开关置“X-Y”位置差动放大器的两输出端U1和o1U 2分别接至示波器的CH「CH2输。