- 实验目的:
- 进一步理解差动放大器的工作原理,掌握差动放大和共模抑制的作用;
- 掌握差动放大器的基本调试方法和基本参数的测试方法。
- 了解射级耦合电阻REE对共模信号的抑制作用,从而理解提高直接耦合放大器共模抑制 比的基本方法。
- 了解差分放大器的电压传输特性。
- 实验仪器与器件
(1)实验仪器
函数信号发生器;双踪示波器;数字万用表;交流毫伏表。
(2)实验用器件
差放对管C1583(模拟);相同的双极型晶体管两只(实际);电阻。
- 实验电路原理
1,静态工作点的估算与测试
基本的差动放大器电路如下:
实验中由于两只三极管不可能完全对称,故要加一个调零电阻RP,通过调节RP来使两个三极管的UCQ相等。电路图如下:
在RP的接法对称时,静态共工作点满足:
2,差模电压放大倍数的计算与测试
对于差模信号,有单端输入和双端输入,单端输出和双端输出的区别;
双端输入 单端输入
双端输出 单端输出
对于在RP的接法对称的电路,由于在交流通路中RP的中点电位恒定,相当于接地,则:
双端输入-双端输出的差模电压放大倍数为:
双端输入-单端输出的差模电压放大倍数为:
在实验中,由于示波器负极和函数发生器负极已经共地,只能单端输入,单端输出,用示波器同时观察uo1、uo2的输出波形,在输出波形不失真的情况下,用交流毫伏表分别测量Uo1、Uo2的值。
双端输出差模电压放大倍数:
单端输出差模电压放大倍数:
3,共模电压放大倍数的计算与测试
对于共模信号,双端输入:
理想状态下双端输出的共模信号为0;
单端输出的共模电压放大倍数为:
双端输出共模抑制比为无穷;单端输出共模抑制比为:
在实验中,由于示波器负极和函数发生器负极已经共地,只能双端输入,单端或双端输出,这时用示波器同时观察uo1、uo2的输出波形,在输出波形不失真的情况下,用交流毫伏表分别测量Uo1、Uo2的值。
双端输出共模电压放大倍数:
单端输出共模电压放大倍数:
再根据以上的测量值计算双端输出和单端输出时的共模抑制比。
四.实验内容:
- 静态工作点的测量(实验室实测):
实验步骤:
将输入端AB端对地短接,接通电源Ucc=|UEE|=12V,分别测量三极管各极对地的电压值,推算静态电流。
实验结果:
|
Uc1/V |
Uc2/V |
UE/V |
UB1/V |
UB2/V |
Ic/mA |
IB/μA |
IEE/mA |
仿真值 |
6.43 |
6.43 |
-0.735 |
-0.0593 |
-0.0593 |
0.557 |
5.93 |
1.13 |
测量值 |
6.397 |
6.314 |
-0.659 |
-0.0351 |
-0.0354 |
0.560 |
3.51 |
1.13 |
- 差模放大倍数的分析:(multisim仿真)
- 双端输入、双端输出和单端输出:
实验步骤:
关闭电源,在放大器的输入端AB输入Uim=50mV,f=1KHz的正弦输入信号,检查无误后接通电源,测量此时的AB两端电位UA(Ui1)、UB(Ui2)、用示波器和毫伏表测量输出端的不失真电压的幅值Uo1和Uo2,计算双端输出和单端输出情况下的差模放大倍数。
实验结果:
|
Ui1/V |
Ui2/V |
Uid/V |
Uo1/V |
Uo2/V |
Uod/V |
Aud1 |
Aud2 |
Aud |
仿真值 |
0.025 |
-0.025 |
0.049 |
-1.59 |
1.59 |
-3.19 |
-32.44 |
32.44 |
-65.10 |
双端输出实验结果图:
红线为输入电压,绿线为输出电压。
单端输出实验结果图:
红为输入电压,白为o1输出端,绿为o2输出端。
相位关系:
双端输出与双端输入反向;
单端输出O1端(左端)与输入反向,o2端(右端)与输入同向。
- 单端输入、双端输出和单端输出:
实验步骤:
关闭电源,将放大器B接地,在A端输入Uim=50mv,f=1KHz的正弦输入信号,测量此时UA(Ui1)、UB(Ui2),用示波器和毫伏表测量输出端的不失真电压的幅值Uo1、Uo2,观察输入输出信号之间的关系,计算差模放大倍数。
实验结果:
|
Ui1/V |
Ui2/V |
Uid/V |
Uo1/V |
Uo2/V |
Uod/V |
Aud1 |
Aud2 |
Aud |
仿真值 |
0.049 |
0 |
0.049 |
-1.58 |
1.58 |
-3.22 |
-32.24 |
32.24 |
-65.71 |
双输出实验结果图:
红线为输入电压,绿线为输出电压。
单端输出实验结果:
红线为输入电压,白线为输出uo1(左),绿线为输出uo2(右)
相位关系:
双端输出时输出电压与输入电压反向;
单端输出时输出电压uo1与输入电压反向,输出电压uo2与输入电压同向。
- 共模特性的分析:
实验步骤:
关闭电源,将AB端短接后直接输入Uim=50mV,f=1kHZ的正弦输入信号,检查无误后接通电源,用示波器和毫伏表测量输出端的不失真输出电压的幅值,计算双端输出与单端输出情况下的共模放大倍数和共模抑制比。
实验结果:
单端输出的电压幅值为实验室实测,双端输出为multisim仿真。
单端输出:
|
Uic/V |
Uo1/V |
Uo2/V |
Auc1 |
Auc2 |
KCMR单 |
实测值 |
0.05 |
0.044 |
0.044 |
0.88 |
0.88 |
36.86 |
两端输出信号相位相同。
双端输出:
|
Uic/V |
Uoc/V |
Auc |
KCMR双 |
仿真值 |
0.05 |
0 |
0 |
∞ |
输出为零。
4.输出电阻的测量:
- 双端输出情况下输出电阻的测量
实验步骤:
关闭直流电源和信号源,在两个三极管的集电极之间接入20kΩ的负载电阻RL,保持差模信号不变,测量两个集电极对地的电压,记录Uo1L、Uo2L。将负载电阻RL断开,再次测量两个集电极对地电压,记录Uo1、Uo2,计算Ro双。
实验结果:
|
Uo1/V |
Uo2/V |
Uo1L/V |
Uo2L/V |
Uod/V |
UodL/V |
Ro双/kΩ |
测量值 |
8.023 |
4.829 |
7.250 |
5.602 |
3.194 |
1.648 |
18.76 |
- 单端输出情况下输出电阻的测量
实验步骤:
关闭直流电源和信号源,在三极管的集电极与地之间接入20kΩ的负载电阻RL,保持差模信号不变,测量该集电极对地的电压,记录Uo1L。将负载电阻RL断开,测量集电极对地电压,记录Uo1,计算Ro单。
实验结果:
|
Uo1/V |
Uo1L/V |
Ro单/kΩ |
测量值 |
8.023 |
5.391 |
9.76 |
5.输入电阻的测量:
实验步骤:
在AB两端分别串入适当的Rs,分别测量AB两点之间的电压Us和Rs右方的输入电压Ui,记录结果,计算Ri。
实验结果:
|
Us/mV |
Ui/mV |
Rs/kΩ |
Ri/kΩ |
测量值 |
49.70 |
21.40 |
20 |
30.24 |
五.实验总结与课后思考
实验总结:
- 在实验时两只三极管并不完全对称,所以在测量静态工作点时两边的数据不完全一样。
- 在实验室,由于实验仪器输出端全部接地,双端实际上为一端接地的单端;所以所有有关差模的电压测量均为multisim仿真完成;
- 在进行输出电压的测量时,示波器直接显示的为静态电压与动态电压的叠加值,要得到准确的放大电压,则需要对波形进行一个向下的平移,在计算时,可以在测得电压的基础上减去静态电压,也可以通过计算输出波形的峰峰值的一半。
- 在测量输出电阻时,所用的电压就是原始电压,即在静态电压基础上的电压。
实验思考:
- 差动放大电路中元器件不对称对电路有何影响?
在静态工作点的调试时,由于器件的不对称使得两边的静态工作点不一致;
在双端共模输出时,输出的电压不为0;
在双端输入时,电路中轴线上的动态电压不为0。
- 电路中REE有何用?对电路有哪些影响?
在静态电路中,REE起到一个抬高E点电压的功能,否则12v的电源加载BE端会使得三极管损坏;
REE在静态电路中会影响发射级电流,从而影响静态工作点;在交流通路中,会影响单端共模输入的电压放大倍数,REE越大,输入电压相对越小,从而电压放大倍数小,共模抑制比大。
- 电位器Rp的作用?
用来调接电路因原件不完全对称产生的影响
- 差分放大电路双端输入,单端输入情况下等效输入电阻是否相同?
相同,均为2(rbe+RB)。
- 差分放大器双端输、单端输出情况下输出电阻大小相同吗?相差多少?
不相同。双端输出的电阻大约是单端输出电阻大小的两倍。
- 如何扩大差动放大电路的线性范围?
设置合适的静态工作点,将静态工作点尽可能的设置在三极管直流负载线的中点。
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