高分模电实验4-1 验证性实验–基本差动放大电路-行而思雨

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R_EE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R_P，通过调节R_P来使两个三极管的U_CQ相等。电路图如下：

在R_P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R_P的接法对称的电路，由于在交流通路中R_P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=|U_EE|=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	U_E/V	U_B1/V	U_B2/V	Ic/mA	I_B/μA	I_EE/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U_im=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	K_CMR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	K_CMR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：