实验五差分放大器分析.doc

实验五 差分放大器 3学时 一、实验目的 1．学习调整差分放大器的静态工作点。 2．加深对差分放大器性能及特点的理解。 3．学习差分放大器主要性能指标的测试方法。二、 3．了解差分放大器的调整方法及放大倍数、共模抑制比的测量方法。 4．明确实验内容，画出测量记录表。 三、实验电路及原理 和分别加在两管的基极，输出电压等于两管的集电极电压之差。 在理想情况下，电路中左右两部分三极管的特性和电阻的参数均完全相同，则当输入电压等于零时，，故输出电压。如果温度升高使增大，减小，则也将增大，也将减小，而且两管变化的幅度相等，结果和输出端的零点漂移将互相抵消。 图5.1 差分放大电路的基本形式 加上输入信号以后： （2）差模输入电压和共模输入电压 差分放大电路有两个输入端，可以分别加上两个输入电压和。如果两个输入电压大小相等。而且极性相反，这样的输入电压称为差模输入电压，如图5.2所示，差模输入电压用符号表示；如果两个输入信号不仅大小相等，而且极性也相同，这样的输入电压称为共模输入电压，如图5.3所示，共模输入电压用符号表示。 图5.2 差模输入电压 实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意极性的输入电压和，我们可以将它们认为是某个差模输入电压与某个共模输入电压的组合，其中差模输入电压和共模输入电压的值分别为 因此，只要分析清楚差分放大电路对差模输入信号和共模输入信号的响应，利用叠加定理即可完整地描述差分放大电路对所有各种输入信号的响应。 图5.3 共模输入电压 通常情况下，认为差模输入电压反映了有效的信号，而共模输入电压可能反映由于温度变化而产生的漂移信号，或者是随着有效信号一起进入放大电路的某种干扰信号。 （3）差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比 放大电路对差模输入电压的放大倍数称为差模电压放大倍数，用表示，即 而放大电路对共模输入电压的放大倍数称为共模放大倍数，用表示，即 差分放大电路的共模抑制比用符号（Common-mode rejection ratio）表示，它的定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用对数表示，单位为dB，即 共模抑制比能够描述差分放大电路对零漂的抑制能力，愈大，说明抑制零漂的能力愈强。 现在分析基本形式差分放大电路的差模电压放大倍数。图5.2中假设每一边单管放大电路的电压放大倍数为，则、的集电极输出电压的变化量分别为 则放大电路输出电压的变化量为 所以差分放大电路的差模电压放大倍数为 上式表明，差分放大电路的差模电压放大倍数和单管放大电路的电压放大倍数相同。可以看出，差分放大电路的特点是：多用一个放大管后，虽然电压放大倍数没有增加，但是换来了对零漂的抑制。 在图5.3中，如为理想情况，即差分放大电路左右两部分的参数完全对称，则加上共模输入信号时，和的集电极电压完全相等，输出电压等于0，则共模电压放大倍数，共模抑制比。 实际上，由于电路内部参数不可能绝对匹配，因此加上共模输入电压时，存在一定的输出电压，共模电压放大倍数，共模抑制比较低。而且，对于这种基本形式的差分放大电路来说，从每个三极管的集电极对地电压来看，其温度漂移与单管放大电路相同，丝毫没有改善。因此实际工作中一般不采用这种基本形式的差分电路。 2．长尾式差分放大电路 为了减小每个管子输出端的温漂，引出了长尾式差分放大电路。 （1）电路组成 在图5.1的基础上，在两个放大管的发射极接入一个发射极电阻，如图5.4所示。这个电阻一般称为“长尾”， 图5.4 长尾式差分放大电路 长尾电阻的作用是引入一个共模负反馈，也就是说，对共模信号有负反馈作用，而对差模信号没有负反馈作用。假设在电路输入端加上正的共模信号，则两个管子的集电极电流、同时增加，使流过发射极电阻的电流增加，于是发射极电位升高，反馈到两管的基极回路中，使、降低，从而限制了、的增加。 但是对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等而极性相反，所以增加多少，就减少同样的数量，因而流过的电流总量保持不变，则，所以对于差模信号没有反馈作用。 引入的共模负反馈使共模放大倍数减小，降低了每个管子的零点漂移。但对差模放大倍数没有影响，因此提高了电路的共模抑制比。 愈大，共模反馈愈强，则抑制零漂的效果愈好。但是，随着的增大，上的直流压降愈来愈大。为此，在电路中引入一个负电源来补偿上的直流压降，以免输出电压变化范围太小。引入以后，静态基极电流可由提供，因此可以不接基极电阻，如图5.4所示。 （2）静态分析 当输入电压等于零时，由于电路结构对称，即，，，，故可认为，，，，由三极管的基极回路可得： 则静态基极电流为 静态集电极电流和电位为 （对地） 静态基极电位为 （对地） （3）动态分析 由于接入长尾电阻后，当输入差模信号时流过的电流不变，相当于一个固定电位，在交流通路中可将视为