高分模电实验4-1 验证性实验–基本差动放大电路

  • 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:

  1. 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

 

  1. 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。

 

 

  1. 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

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

 

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

 

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:

  1. 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。
  2. 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;
  3. 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。
  4. 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:

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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

  1. 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)。

  1. 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。

  1. 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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THE END
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