实验六差动放大电路

一、实验目的

差动放大器的特点是静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，只是对输入信号的差（差模信号）作出相应，这些特点使之在电子设备中应用非常广泛。集成运算放大器几乎都采用差动放大器作为输入级。

本实验的主要目的是加深对差动放大电路性能及特点的理解，学习差动放大电路主要性能指标的测试方法。

二、实验原理

图1

图1是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当开关J2拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器Rw用来调节T1和T2管的静态工作点，使输入信号Ui=0时，双端输出电压Uo=0。R4为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。

当开关J2拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器，用晶体管恒流源代替发射极电阻R4，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

1.      静态工作点的估算

对于典型电路，

  （可以认为）

而恒流源电路有

2.      差模电压放大倍数和共模电压放大倍数

当差动放大器的射极电阻R4足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad有输出方式决定，而与输入方式无关。

双端输出时，R4等于无穷大，Rw在中心位置，而

单端输出时，

当输入共模信号时，若为单端输出，则有

若为双端输出，在理想情况下有

实际上由于元件不可能完全对称，因此Ac也不绝对等于零。

3.      共模抑制比

为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比

 或  

差动放大器的输入信号可采用直流信号，也可用交流信号。本实验由信号源提供频率f=1KHz的正弦信号作为输入信号。

三、实验器材

±12V直流电源，函数信号发生器，示波器，交流毫伏表，数字直流电压表，晶体三极管BJT_NPN_VIRTUAL*3，要求T1和T2管特性参数一致。

四、实验内容

1.      测试典型差动放大器的性能

按图1连实验电路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。

（1）.测量静态工作点

①调节放大器零点。不接入信号源，将放大器输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用数字直流电压表测量输出电压Uo，调节调零电位器Rw，使Uo=0.调节要仔细，力求准确。

②测量静态工作点。零点调好后，用数字电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻R4两端电压U4，记入表1中。

表1  静态工作点的测量

（2）.测量差模电压放大倍数

将信号源的输出端接放大器输入A端，地端接放大器输入B端构成双端输入方式（注意：此时信号源浮地），调节输入信号频率f=1KHz，输出旋钮至零，用示波器监视输出端。

逐渐增大输入电压Ui（约100mV），输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测Ui、Uc1、Uc2，记入表2，并观察Ui、Uc1、Uc2之间的相位关系及U4随Ui变化而改变的情况。

（3）测量共模电压放大倍数

将放大器A与B短接，信号源接A端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号f=1KHz和Ui=1V，在输出电压无失真的情况下，测量Uc1和Uc2之值，记入表2中，并观察Ui、Uc1、Uc2之间的相位关系及Uc1随Ui变化而改变的情况。

2.      测试具有恒流源的差动放大电路性能

将图1电路中开关J1拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复试验内容1的要求，把结果记入表1和表2中。

上图为测量差动典型放大电路共模信号的参数截图。

表2  差模和共模电压放大倍数的测量

五、实验总结

由于本实验实在电脑仿真软件中完成的，比对实验室中测得的结果存在差异，实验环境过于理想化，测得结果CMRR均为零。

但仍然可以得出结论：1.R4作为T1和T2管的共用发射极电阻，对差模信号并无负反馈，但对共模有较强负反馈，可以有效抑制共模信号，即可以有效抑制零漂，稳定工作点。2.恒流源作为负载时交流电阻很大，所以当用恒流源代替R4时，可以使差模电压增益由输出端决定，而和输入端无关，进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

第二篇：差动放大器性能仿真--实验报告

辽宁工程技术大学

实 验 报 告

课程名称： 集成电路设计基础 实验项目： 差动放大器性能仿真 实 验 室： 计算机软件实验室 姓 名： 张 宇 学 号： 0906110227 专业班级： 电信09-2班 实验时间；20xx年12月15日

预 习 报 告

一、实验目的：

1、复习基本差动对的电路结构、特点及工作原理。

2、学会使用tanner软件对差动放大器的基本性能进行仿真。

二、实验内容：

（1）画电路图，如图3.1。图中的电阻阻值均为5K欧。Mos管的宽长比采 用默认值。恒流源为source_i_dc，名字改为Iss，电流值为500uA。加入输入电压源如图3.2所示。输入电压源为正弦电压源（即 source_v_sine），in1输入端电压源名字改为vin1，in2输入端电压源名字改为vin2，两者振幅（amp）为默认值0.5，频率改为100，vin1的相位为0，vin2的相位（phase）改为180，其他所有参数均为0。vin1和vin2的下端共同连接一个直流电压源（即source_v_dc），名称改为vdc，电压值为1.5V。

（2）生成spice文件，并且加入include命令、瞬态扫描命令（扫描时间为0.1 秒，步长为0.001）如图3.3所示、输出差动输入in1和in2及差动输出out1和out2，最终输出网表如图3.4所示。

（3）仿真结果如图3.5所示。点击W-Edit工具栏中的，将各个曲线展开得到图3.6，这样可以更清楚地比较输入和输出曲线。

（4）将图3.4的网表文件中的vdc电压值改为0.5V，将vin1和vin2的振幅改为1.5V，然后再进行仿真，得到的结果如图3.7所示。输入输出特性分析。将vdc的电压值改为0.5V，vin1和vin2的频率值由100改为0，然后对vin1进行直流电源线性扫描（扫描范围从-3V到3V，步长为0.02），输出电压为v（out1，out2）（即输出中选Voltage，节点为out1，参考点为out2），网表文件如图3.8所示。仿真后的结果如图3.9所示。

实验原始数据记录

3.1基本差动对电路图 3.2加入电源后的基本差动对

3.3瞬态扫描命令 3.4完整的spice文件

3.5仿真结果

3.6展开仿真结果

3.7仿真结果

3.8spice文件

3.9仿真结果

实验结果分析与实验体会

实验分析：

1、比较图3.6和图3.7，解释图3.7中两个输出电压波形失真的原因。

2、观察图3.9，读出输出电压的最大和最小值，验证仿真结果和理论分析的一致性。

解答：

1、如果共模电平设置不合理或者受到干扰输出点的偏置电平就会发生变化，当改变共模电平与输入电压时，按照实验要求，使其增大，输入电平过高会使器件进入线性区，随着共模输入的增加，输入管漏源电压不断减小，从而造成失真。

2、输出电压的最大值为2.5v，最小值为-2.5v。试验中设置输入电压为3v，而共模电平为2.5v，按照差动放大器的输出性质，这个输出图形上显示+2.5v与-2.5v与理论是相符合的。与理论相一致。

实验体会：

此次试验主要是为了复习基本差动对的电路结构、特点及工作原理，学会使用tanner软件对差动放大器的基本性能进行仿真。整个实验过程中，进一步加强对tanner软件的应用能力，不断提高自己的理解能力，提高自我，加强对软件的使用的能力的提高。已验证实验的形式，增强自己对知识点的掌握能力。整个实验能力过程比较顺利，一起运转正常。