极管差分放大器.doc

创新实验项目报告书 实验名称 三极管差分放大器 日期 2012-3-9 姓名 专业 电子信息工程 实验目的（详细指明输入输出） 深入研究三极管差分放大器的原理。 差分输入电压Vid≤100mV； 要求放大电路增益≥20dB； 3dB带宽10Hz~1MHz； 尽可能提高共模拟制比(KCMR)。 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程） 图1-1 差分放大器实验原理图 差分放大器是基本放大电路之一，由于它具有抑制零点漂移的优异性能，因此得到广泛的应用，并成为集成电路中重要的基本单元电路，常作为集成运算放大器的输入级。 典型的差分放大器电路如图1所示。即使在不对称的情况下，它也能较好地放大差模信号，而对共模信号的放大能力则很差，从而抑制了零点漂移。这一电路的特点，是在发射极串联了一个电阻Re。通常Re取值较大，由于分占了稳压电源较大的电压，使两管的静态工作点处于不合理的位置，因此引进辅助电源EE（一般取EE = －EC），以抵消Re上的直流压降，并为基极提供适当的偏置。如图3-1所示，当输入差模信号时，T1管的ic1增加，T2管的ic2减小，增减的量相等，因此两管的电流通过Re的信号分量相等但方向相反，他们相互抵消，所以Re可视为短路，这时图1中的差分放大器就变成了没有Re的基本差分放大器电路，它对差模信号具有一定的放大能力。 对于共模信号，两管的共模电流在Re上的方向是相同的，在取值较大的Re上产生较大的反馈电压，深度的负反馈把放大倍数压得很低，因此抑制了零点漂移。从上述可知，对差分放大器来说，其放大的信号分为两种：一种是差模信号，这是需要放大的有用的信号，这种信号在放大器的双端输入时呈现大小相等，极性相反的特性；另一种是共模信号，这是要尽量抑制其放大作用的信号。 差模电压放大倍数 对于差模信号，由于Uid1 = －Uid2，故射极电阻Re上的电流相互抵消，其压降保持不变，即 (UE = 0，可得到差模输入时的交流等效电路，如图2所示，由于电路对称，每个半边与单管共射极放大器完全一样。 双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为: （1） 可见Aud与单管共射极放大器的电压放大倍数Au相同。 考虑负载RL后，双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为： （2） 式中 双端输入——单端输出差分放大器的差模电压放大倍数为: （3） 共模电压放大倍数 当输入共模信号时，Re上的压降为(UE=2(IERe，在画等效电路时把两管拆开，流过射极电路的电流为(IE，为了保持电压(UE不变，应把每管的发射极电阻Re增加一倍。当从两管的集电极输出时，如果电路完全对称，则输出电压Uoc= Uoc1－Uoc2= 0，因此双端输出时的共模电压放大倍数Auc为： （4） 如果采用双端输入——单端输出的方式，则共模电压放大倍数为： （5） 通常 ( (( 1，2(Re (( Rb1 + rbe，故上式可简化为： （6） 从上述讨论可知，共模电压放大倍数越小，对共模信号的抑制作用就越强，放大器的性能就越好。在电路完全对称的条件下，双端输出的差分放大器对共模信号没有放大能力，完全抑制了零点漂移。实际上，电路不可能完全对称，Auc并不为零，但由于Re的负反馈作用，对共模信号的抑制能力还是很强的。在Re取值足够大的情况下，即使是单端输出，也能把Auc1压得很低。如果电路不对称，则（4）式不为零，所以双端输入——双端输出时的Auc应写成: Auc = Auc1 －Auc2 （7） 共模抑制比 共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即： （8） 共模抑制比说明了差分放大器对共模信号的抑制能力，其值越大，则抑制能力越强，放大器的性能越好。 对于单端输出电路，由（3）式与（