泰山医学院 医学影像电子学 实验3差分放大电路 3.1实验目的 (I)掌握差动放大电路共模抑制比等性能指标的测试方法以及提高差动放大器共模抑制比的方法。 (2)熟悉差动放大电路的工作原理。 (3)熟悉用函数发生器和示波器测量电路传输特性的方法。 3.2实验设备与材料 (1)函数信号发生器 1台 (2)模拟电子实验箱 1套 (3)双踪示波器 1台 (4)交流毫伏表 (5)数字万用表 s (6)Multism虚拟实验平台 3.3实验准备 (1)复习差动放大器的工作原理，分析差分放大电路单端输入时，单端输出放大倍数和双端输出放大 倍数的关系。 (2)理解差动放大器能放大差模信号而抑制共模信号的工作原理。思考实验的测试方法。 3.4实验原理 差动放大电路是直接耦合放大电路，广泛用作集成运算放大电路的输入级。恒流源式差动放大电路如图 3-1所示。 (+12V ☐0 R 9 图31恒流源武差动放大留 差动放大电路要求电路结构形式尽可能对称，在电路图31中，VT,、VT,性能完全相同，称为对管。 图3-1中VT,的基极电位由R、R分压后确定，故VT,集电极电流i。基本保持不变，从而VT、VT,的 集电极电流i。、i。将不会因为温度的变化而增大或减小，抑制了共模信号的变化。双端输入电压山，一4，=0 时，在电路完全对称的情况下，两集电极之间的直流电位差应为零。若电路不对称，可调节R,使VT,、VT, 集电极电位差为零，R,称为调零电位器。依据差分放大电路信号的连接方式，电路的输入、输出端可以有 双端输入-双端输出、双端输入-单端输出、单端输入-双端输出、单端输入-单端输出四种不同的接法。电路接 法不同，电路的特点和性能指标也有差别。 -11-
奏山医学院 医学影像电子学 1.差模电压放大倍数A (1)双端输入-双端输出，不接负载时A △u. BR (Ra-R:=R.) (式3-1) 接入负载R时Aa △4。 A=A1-A42 = AR/5 R+e (式3-2) (2)双端输入-单端输出A △4。 1R∥R) A-:2R+ (式3-3) (3)单端输入双端输出A: 4 R.) R+e (式3-4) (4)单端输入-单端输出A △= A 1BR∥R) (式3-5) 2R+ 2.差模输入电阻R (1)双端输入-双端输出、双端输入-单端输出R。 R=2(R+) (式3-6) (2)单端输入-双端输出、单瑞输入单端输出R。 R≈2(R+ne) (式37》 3.VT、VT,集电极间输出电阻R。 (1)双端输入-双端输出、单瑞输入-双端输出R。 Ro=2R (式3-8) .12
泰山医学院 医学影像电子学 (2)双端输入-单端输出、单端输入-单端输出R。 R。=R (式3-9) 4共校电压放大倍数A。一A心 AU。 在电路完全对称的理想情况下，双端输出的共模电压放大倍数为零 5共板物比人ow=20 共模抑制比为差模电压放人倍数A与共模电压人倍数A。之比，表征放大电路对共模信号的抑制能力。 共模抑制比越大，放大电路对共模信号的抑制能力越强。 3.5 Multisim仿真实验内容 1.长尾式差分放大电路仿真 在Multisim0软件平台上构建长尾式差分放大电路，如图3-2所示。 图3-2长尾式差分放大电路仿真电路图 2.静态分析仿真 利用软件直流工作点分析功能测量电路的静态工作点并与理论分析结果比较。 3.动态分析仿真 (1)调节U,=U2=10mV,f=-1kHz,如图3-2所示以差动信号接入，利用虚拟示波器观察Q1、Q2 的集电极输出与输入的相位关系。 (2)利用虚拟数字万用表测量并计算差动电路双端输入单端输出、双端输入双端输出的放大倍数并与 理论分析结果比较。 (3)将电路输入改为单端输入，即U=10mV,∫=1kHz一端接R,另一端接地：R,直接接地。利 用虚拟数字万用表测量并计算差动电路单端输入单端输出、单端输入双端输出的放大倍数并与理论分析结果 比较。 (4)将U=10mV,f=1kHz信号以共模形式接入电路，即信号源一端接地，另一端同时接入R、R2 -13-
泰山医学院 医学影像电子学 利用虚拟数字万用表测量并计算差动电路双端输入-单端输出、双端输入-双端输出的放大倍数并与理论分析 结果比较。 (5)设计并连接电路，利用虚拟仪表测量并计算电路放大倍数、输入电阻和输出电阻 3.6实验内容与步骤 1.按图3-1连接电路。 2.静态参数测量 (1)将差动放大电路两输入端短路并接地，即U。=0V。接通直流电源，调节电位器R,用万用表 的直流电压档测量VT,、VT,集电极之间的电压直到U。=OV (2)测量VT、VT2、VT,各电极对地电压并填入表格31。 表3静态工作点测量 对地电压 U Ua Ua U 测量值(V) 3.动态参数测量 (1)调节直流电压源信号输出，使OUT1和OUT2分别为士0.1V,接入电路输入端，即U。=0.1V 按表3-2内容测量 、记录并分析电路单端和双端输出的电压放大倍数 表3-2差模电压放大倍数测虽 差模输入 测量位(V) 计算值 U。 +0.1V IV (2)调节直流电压源信号输出，使O0UT1、OUT2分别为+0.1V、-0.1V。将图3-1电路输入端短接， 依次接直流信号输出OUT1、OUT2。按表3-3内容测量、记并计算单端和双瑞输出的电压放大倍数。 表3-3共模电压放大倍数测量 共模输入 量伯V 计算值 U U. +0.1V -0.1V (3)依据KCR=20l1g A ,按表格3-2、33内容，计算双端输入单端输出和双端输入-双端输出的 共模抑制比KR 4.单端输入的差动放大电路动态参数测量 -14-
泰山医学院 医学影像电子学 (1)在图31中将VT基极接地，从VT2基极输入直流信号U=0.1V,组成单端输入差动放大器。 按照表34要求，测量记录电路单端输出及双端输出电压值，计算差动放大电路的单端输出和双端输出的电 压放大倍数。将计算结果与表格3-2双端输入时相应电压放大倍数进行比较。 (2)在图3-1中将VT,接地，在VT基极加入正弦交流信号U4=30mV,∫=1kHz,用示波器监视 U。、U。的波形。若有失真现象时，可减小输入电压值，直至UU。都不失真。按照表34要求分别测 量记录单端输出及双端输出电压，计算单端输出、双端输出的差模电压放大倍数。 表34差模电压放大倍数测算 输出电压测量值(V) 计算值 U。 Aa A +0.1V 正弦信号 3.7实验报告 (1)整理实验数据，计算图3-】电路各种接法时差模电压放大倍数，并马理论计算值相比较。 (2)总结若分放大电路的性能和特点。 3.8思考题 (1)通过比较实验测量数据，简要说明差动放大器是如何解决对有用信号的放大和对零漂信号的抑制 之间的矛盾的。 (2)能否用交流毫伏表或示波器直接测量差动放大器的双瑞输出电压？为什么？ .15