实验三差动放大器.ppt

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1、实验三实验三 差动放大器差动放大器一、实验目的 1、了解差动放大电路的组成、特点和测试方法；熟悉差动放大器原理。2、学习差动放大电路放大倍数和共模抑制比的测量方法。二、实验仪器 1、双踪示波器 2、数字万用表 3、模拟电路实验台 4、交流毫伏表 物理学实验教学示范中心三、实验原理及电路图物理学实验教学示范中心 在通信、自动控制系统中在通信、自动控制系统中,往往需要对变化缓慢的信号进行放大往往需要对变化缓慢的信号进行放大,这就需这就需要直流放大器要直流放大器,而直流放大器存在着而直流放大器存在着“零点漂移零点漂移”的特殊问题。零点漂移就的特殊问题。零点漂移就是当放大电路输入端短路时是当放大电路输

2、入端短路时,输出端还有缓慢变化的电压产生输出端还有缓慢变化的电压产生,即输出电压偏即输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。解决零点漂移的方法很多离原来的起始点而上下漂动。解决零点漂移的方法很多,但使用最广泛的方但使用最广泛的方法是采用差动放大电路。法是采用差动放大电路。在差动电路中在差动电路中,无论是温度变化无论是温度变化,还是电源电压的波动都会引起两管集电还是电源电压的波动都会引起两管集电极电流以及相应的集电极电压相同的变化极电流以及相应的集电极电压相同的变化,其效果相当于在两个输入端加了其效果相当于在两个输入端加了共模信号共模信号,由于电路的对称性对共模信号有很强的负反馈作用由于电路的对称性

3、对共模信号有很强的负反馈作用,在理想情况下在理想情况下,可使输出电压不变可使输出电压不变,从而抑制了零点漂移。在实际情况下从而抑制了零点漂移。在实际情况下,要做到两管电路完要做到两管电路完全对称和理想恒流源是比较困难的全对称和理想恒流源是比较困难的,但是输出漂移电压将大为减小。掌握了但是输出漂移电压将大为减小。掌握了解差动放大电路是研究集成电路的前提。解差动放大电路是研究集成电路的前提。差动放大电路是由两个完全对称的单级直流耦合放大电路连接而成差动放大电路是由两个完全对称的单级直流耦合放大电路连接而成,长长尾型差动放大器如上图所示。尾型差动放大器如上图所示。T1T1、T2,T2,是两个特性完全

4、相同的晶体管是两个特性完全相同的晶体管,最好用最好用差分对管。或选性能、放大倍数一致的三极管，电路且对称差分对管。或选性能、放大倍数一致的三极管，电路且对称 Rc1=Rc2,Rb1=Rb2Rc1=Rc2,Rb1=Rb2，Rs1=Rs2Rs1=Rs2，Ri1=Ri2Ri1=Ri2。信号从两管的基极输入。信号从两管的基极输入,放大后从两放大后从两管的集电极输出管的集电极输出,输出信号电压与两个输入电压之差成正比输出信号电压与两个输入电压之差成正比,所以叫做差动放所以叫做差动放大器。大器。物理学实验教学示范中心 当电路加入共模信号后当电路加入共模信号后,(,(即信号即信号Ui1Ui1加至加至A A与

5、地、信号与地、信号Ui2Ui2加至加至B B与与地地)则由于电路参数对称则由于电路参数对称,两管集电极电压变化相等两管集电极电压变化相等,即即uoluol=uo2,=uo2,输出电压为两管集电极电压之差输出电压为两管集电极电压之差:u=uol-:u=uol-uo2=0uo2=0。输出端的漂移被抵消。但从晶体管的集电极与地之间输。输出端的漂移被抵消。但从晶体管的集电极与地之间输出时出时,零点漂移仍然存在。典型的差动放大电路是在简单差动放大零点漂移仍然存在。典型的差动放大电路是在简单差动放大电路的基础上增加一个公共电阻电路的基础上增加一个公共电阻ReRe和负电源和负电源-EE,-EE,如图所示。如

6、图所示。ReRe愈大，共模负反馈愈强，但是随着愈大，共模负反馈愈强，但是随着ReRe增大，增大，ReRe上的直流压降也愈上的直流压降也愈大。为此大。为此,引人一个负电源引人一个负电源-EE-EE来补偿来补偿ReRe上的直流压降上的直流压降,以免输出电以免输出电压变化范围太小。同时果证了放大管的基极基本为零电位。压变化范围太小。同时果证了放大管的基极基本为零电位。为了克服以上缺点，可增加恒流源偏置电路，即带恒流源的差为了克服以上缺点，可增加恒流源偏置电路，即带恒流源的差动放大电路。动放大电路。当电路加入差模信号后当电路加入差模信号后,即在电路的即在电路的A A、B B两个输入端加一个大小两个输入

7、端加一个大小相等、极性相反的信号电压相等、极性相反的信号电压,即即uiluil=-ui2=ui/2=-ui2=ui/2时时,一只管子电流将一只管子电流将增加增加,另一只管子电流则减小另一只管子电流则减小,所以输出信号电压所以输出信号电压uoduod=uol-uo20,=uol-uo20,即在两输出端即在两输出端D D、E E间有信号电压输出。间有信号电压输出。uiduid=ui1-ui2=ui1-ui2就是差模信号。就是差模信号。这种输入方式称为差模输入。这种输入方式称为差模输入。物理学实验教学示范中心1.1.差模电压放大倍数差模电压放大倍数AdAd在本实验电路中在本实验电路中,ui1,ui1

8、、ui2ui2为差模信号。在双端输入、双为差模信号。在双端输入、双端输出时端输出时,差模电压放大倍数为差模电压放大倍数为 Ad=Ad=uoduod/uiduid2.2.共模电压放大倍数共模电压放大倍数AcAc将共模信号同时加在差动放大电路的将共模信号同时加在差动放大电路的A A、B B两个输入端两个输入端,可可得到共模电压放大倍数。在双端输入、双端输出时得到共模电压放大倍数。在双端输入、双端输出时,共模共模电压放大倍数为电压放大倍数为 Ac=Ac=uoc/uicuoc/uic理想情况下理想情况下,Ac(,Ac(双端输出双端输出)=0)=0。3.3.共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR共模抑制比

9、共模抑制比KCMRKCMR定义为差模电压放大倍数定义为差模电压放大倍数AdAd与共模电压放大与共模电压放大倍数倍数AcAc的比值的比值,即即 KCMR=Ad/AcKCMR=Ad/Ac双端输入、双端输出时双端输入、双端输出时,理想情况下理想情况下 KCMRKCMR。物理学实验教学示范中心四、实验步骤1、测量静态工作点 （1）、调零 （2）、测量静态工作点2、测量差模电压放大倍数3、测量共模电压放大倍数物理学实验教学示范中心五、注意事项五、注意事项(1)(1)电路的正、负电源接法要正确。电路的正、负电源接法要正确。(2)(2)在测试静态工作点电路调零后，在测试静态工作点电路调零后，RWRW不要再改

10、变。不要再改变。(3)(3)差放管要选用对管差放管要选用对管,偏置电阻选用误差土偏置电阻选用误差土1%1%的的,调调零电位器选用多圈电位器。零电位器选用多圈电位器。六、实验报告六、实验报告(1)(1)认真记录、整理实验数据认真记录、整理实验数据,填入表格填入表格,并与理论计并与理论计算值相比较。算值相比较。(2)(2)根据所测数据根据所测数据,分析差动放大器的特点。分析差动放大器的特点。(3)(3)在差模放大状态下，绘制在差模放大状态下，绘制uo1 uo2uo1 uo2的波形。的波形。物理学实验教学示范中心七、思考题七、思考题(1)为什么要对电路进行零点调整为什么要对电路进行零点调整?Re起何作用起何作用?它的大小对电路性能有何影响它的大小对电路性能有何影响?(2)测量共模输出电压测量共模输出电压uoc时时,为什么必须取为什么必须取uoc=uo1-uo2的计算值的计算值,而不直接测量。而不直接测量。物理学实验教学示范中心