东南大学信息学院电子线路模电实验四报告-差分放大器word版详解.doc

实验四 差分放大器 学号： 实验目的： 掌握差分放大器偏置电路的分析和设计方法； 掌握差分放大器差模增益和共模增益特性，熟悉共模抑制概念； 掌握差分放大器差模传输特性。 实验内容： 根据图4-1所示电路，计算该电路的性能参数。已知晶体管的导通电压VBE(on)=0.55, β=500，试求该电路中晶体管的静态电流ICQ，gm，Rid，差模电压增益Avd，共模电压增益Avc和共模抑制比KCMR，请写出详细的计算过程，并完成表4-1。 图4-1. 差分放大器 表4-1： ICQ（mA） V1（V） V2（V） gm（mS） Rid（kΩ） Avd Avc KCMR 1 8.2 8.2 38.5 20.3 -261.8 -3.4 38.5 二、仿真实验 1. 在Multisim中设计差分放大器，电路结构和参数如图4-1所示，进行直流工作点分析（DC分析），得到电路的工作点电流和电压，完成表4-2，并与计算结果对照。 表4-2： ICQ（mA） V1（V） V2（V） V3（V） V5（V） V6（V） 0.997565 8.219 8.219 1.998 2.647 2.548 仿真设置：Simulate → Analyses → DC Operating Point，设置需要输出的电压或者电流。 2. 在图4-1所示电路中，固定输入信号频率为10kHz，输入不同信号幅度时，测量电路的差模增益。采用Agilent示波器（Agilent Oscilloscope）观察输出波形，测量输出电压的峰峰值（peak-peak），通过“差模输出电压峰峰值/差模输入电压峰峰值”计算差模增益Avd，用频谱仪器观测节点1的基波功率和谐波功率，并完成表4-3。 表4-3： 输入信号单端幅度（mV） 1 10 20 Avd -239.23 -229.25 -208 基波功率P1 (dBm) -24.021 -5.417 -0.474 二次谐波功率P2 (dBm) -91.635 -52.095 -40.529 三次谐波功率P3 (dBm) -96.405 -41.272 -25.723 仿真设置：Simulate →也可以直接在Multisim控制界面上选择运行 思考： 输入幅度1mV时，表4-3中的数据Avd和计算结果一致吗？若有差异，请解释差异主要来自什么方面？ 表4-3中的Avd在不同输入信号幅度的时候一样吗？若不一样，请解释原因？ 答：不一致，产生差异的原因可能是如下几点： I在计算理论值时，没有考虑到基区宽度调至效应，忽略了，所以理论值与仿真值存在差异。在计算时，因为β值比较大，又忽略了与的差别。 II电阻rbe的仿真时候的值并非准确的等于VT/IBQ,可能有所偏差； III当VID足够小时，在原点附近VID的很小变化范围内差模传输特性曲线可以看作 是一段直线，直线的斜率为gm,但是事实上并不是一条直线，则gm=的值也随着 VID的不同而略有变化。并且差模电压增益为Avd=-gmRc，gm的不同会造成Avd的 偏差。 不一样，可能是因为。当VID足够小时，在原点附近VID的很小变化范围内差模传输特性曲线可以看作是一段直线，直线的斜率为gm,但是事实上并不是一条直线，则gm=的值也随着VID的不同而略有变化。并且差模电压增益为Avd=-gmRc，gm的不同会造成Avd的偏差。此外，当信号幅度增大时，对直流工作点有影响，增益不同，而且信号幅度越大，失真越严重，产生更多的高频谐波。 在图4-1所示电路中，将输入信号V2的信号幅度设置为10mV(Vpk，单端信号幅度)，频率为10kHz，输入信号V3的信号幅度设置为0，仿真并测量输出信号幅度。若输出信号V1和V2的幅度不一致，请解释原因，并写出详细的计算和分析过程，计算过程可以直接采用表4-1中的性能参数。 答: 实际测得输出电压峰峰值为2.32V和2.39V，稍有不同。原因可能是，测量单端输出电压时需要考虑共模的增益,而双端输出时,不需要考虑共模的增益,而共模增益带来了幅度的略微差别。 将输入信号分解为差模和共模信号之后，因为差模信号对于两边是大小相等方向相反的，而且差模增益比较大，所以决定了主要的输出信号的波形，即峰峰值大小相近，相位差180度，而共模信号虽然是大小相等方向相同，但因为共模增益比较小，所以对输出的波形影响比较小，形成了两信号的略微幅度上的略微的不一致。 计算过程如下： 由计算可以发现,两输出端的输出信号幅度存在差异,方向相反,与仿真结果一致 仿真设置：Simulate →也可以直接在Multisim控制界面上选择运行 在图4-1所示电路中，将输入信号V