差分放大电路

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EDA（一）模拟部分电子线路仿真实验报告实验名称：姓名：学号：班级：时间：南京理工大学紫金学院电光系 一．实验目的1.熟悉差分放大电路的结构。2.了解差分放大电路抑制零点漂移的原理。3.掌握差分放大电路静态工作点的估算方法及仿真分析方法。4.掌握差分放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的估算方法及仿真分析方法。5.了解差分放大电路的大信号特性。6.理解差分放大电路提高共模抑制比的方法。二、实验原理1.单端输出差模电压放大倍数可正可负，当信号从3端口输出时，1端口称为同相输入端，2端口称为反相输入端；当信号从4端口输出时，1端口称为同相输入端，2端口称为反相输入端。2.单端输出差模电压放大倍数与双端输出差模放大倍数的比值与负载大小有关系，当RL=RC时比值为4：3，当负载为空载时比值为2:1。3.共模电压放大倍数为负值。4.恒流源差分放大电路抑制共模信号的能力远大于长尾差分放大电路。5.对于长尾差分放大电路而言，增大RE的值能提高抑制共模信号的能力，但是RE过大，一方面不利于 电路集成，另一方面增大RE的同时要增加电源电压才能保证电路的静态工作点保持不变，因此为了提高共模信号抑制能力不能单纯增大RE值，而因该采用恒流源差分放大电路。三．实验内容1）按要求连接电路。2）仿真分析长尾差分放大电路的静态工作点，计算三极管的β，将结果填入表1. 表1UCE1/VUCE2/VIB1/μAIB2/μAIC1/mAIC2/mAIC3/mAβ1β2长尾差放6.906.9013.1713.170.560.5642.5242.52恒流源差放7.097.0912.7212.720.540.541.1142.4542.453）查放单端输出、双端输出。估算电路的电压放大倍数，写出估算过程；令电路的输入信号峰值10mv，频率1KHz，利用示波器观察1端口输入信号波形、3端口及4端口输出信号波形，仿真分析长尾和恒流源差放的差模放大倍数，实验结果填入填入表2，对测量结果进行分析。长尾差放双端输出 恒流源差放双端输出 长尾差分单端输出 恒流源差分单端输出Ad双=-（βRC//RL/2）/(RB1+rbe)=-55.31Ad单=-（βRC//RL）/(RB1+rbe)=-41.52表2长尾差放Aud恒流源差放Aud估算值单端输出-41.52-41.52双端输出-55.31-55.31测量值单端输出-25.91-25.19双端输出-38.50-37.47 4）差放单端输出、单端输出，令信号由1端口输入，输入信号峰值为10mv，1KHz。1.信号由3端口输出，估算电路的电压放大倍数；利用示波观察1端口信号波形、3端口输出波形，仿真分析长尾和恒流源差放的差模放大倍数，将实验结果填入表3。2.信号由4端口输出，估算电路的电压放大倍数；利用示波观察1端口信号波形、4端口输出波形，仿真分析长尾和恒流源差放的差模放大倍数，将实验结果填入表3。 Ad双=-（βRC//RL/2）/(RB1+rbe)=-55.31Ad单=-（βRC//RL）/(RB1+rbe)=-41.52 表3长尾差放Aud恒流源差放Aud输入、输出信号波形双3端口输出估算值-41.52-41.52测量值-25.91-25.194端口输出估算值41.5241.52测量值25.6825.195）Aud双/Aud单=1.48与输出是否为空载有关。表4uom/V输出信号波形估算值×× 5）令输入信号为共模信号，峰值10mv，频率1KHZ，仿真分析单端输出、双端输出情况下，长尾和恒流源差放的共模放大倍数，将相关参数填入表5，对测试结果进行分析。表5 单端输入双端输出单端输入单端输出长尾差放Auc＝-5.17×10^(-10)Auc＝-0.231恒流源差放Auc＝-5.49×10^(-10)Auc＝-0.001四．思考题1.为什么差分放大电路可以抑制共模信号？共模信号是无用信号差模信号可以抑制零点漂移因为差分放大器中两管相同，因此静态工作点的零漂相同相当于两输入端加上共模信号，共模信号ib在Re上压降=2*ib*(1+β)*Re,若设ib>0，共模信号Icm在Re上压降Vre=2*ib*Re反馈到输入端Vb=Vbe+Vre，（Vb=常数）使Vbe减小,因此使iB减小；对差模信号，相当输入端1加上ib，输入端2加上-ib,在Re上压降Vre=Re*(1+β)*ib+Re*(1+β)*(-ib)=0,Vb=Vbe+Vre=Vbe+0=Vbe即没有使Vbe减小，（Vb=常数）2．共模电压放大倍数总是负值吗？为什么？不是。所谓的共模信号是指两个差动放大管ＶＴ１和VT2的基极接入幅度相同、极性相同的信号。共模电压放大倍数就是接入的信号是电压信号的放大倍数。共模信号对两个管子的作用是同相的，若两个电压信号均为正，将引起两个管子电流同量增加，而两个管子集电极电压将同量减少，故从两个管子集电极输出的共模电压为零。所以，共模电压放大倍数为零。　　当差动放大电路对称时，对共模信号无放大作用，即完全抑制了共模信号。 3．如何增加差模输入电压的线性动态范围？抑制零点漂移4．差分放大电路具有限幅作用吗？没有。差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力，对差模信号却没有多大的影响，因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级，可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响，如温度噪声等。