《三极管差动放大器》实验报告

1、创新实验项目报告书实验名称三极管差动放大器日期2012年3月10日姓名专业自动化，通信工程一、 实验目的 设计三极管差动放大器，要求如下：1、 差分输入电压Vid100mV； 2、 要求放大电路增益20dB； 3、 3dB带宽10Hz1MHz；4、 尽可能提高共模拟制比(KCMR)。 二、 实验原理图1 差动放大器原理图 差动放大器的工作原理1、Tr1、Tr2发射极电流的和为定值如图1所示，假设Tr1、Tr2完全相同，当没有输入信号时，各自的发射极电流Ie1、Ie2相同，且均为恒流源Tr3的发射极电流的一半。当在输入1加电压时，Ie1增加Ie，由于Ie1+Ie2被恒流源Tr3控制，故Ie2减小

2、Ie，即Ie1与Ie2具有相同的变化量，只是增减方向不同。2、对输入信号的差进行放大 该电路的输出是以集电极电流（=发射极电流）的变化量、以集电极电阻上的压降取出的。Ie是由Tr1与Tr2的Vbe的差值决定的，当两个输入信号相同时，Tr1与Tr2的Vbe相同，两者之差为零，因而没有输出。当两个输入信号不同时，Ie1与Ie2的变化量大小相等、方向相反，因而Vo1与Vo2是振幅相同、相位相反的信号。故差动放大器电路仅对两个输入信号的差进行放大,不放大相同的输入信号，因而可以起到抑制温漂的作用。3、差动放大器的增益差动放大器的输入有单端输入、双端输入两种形式，输出也有单端输出、双端输出两种形式。双端

3、输出的增益为：单端输出的的增益为：即单端输出增益为双端输出的一半。可见差动放大器的增益与单管共射放大的增益相同，增加了一只管子并没有增大增益，但很好地抑制了温漂。三、实验过程1、差动放大器的设计(1) 、确定电源电压差分输入电压Vid100mV，放大电路增益20dB，即10倍，因为实际增益总小于理论计算值，故将理论计算的增益定位20倍，最大输出电压为100mV×20=2V。差动放大器的电源电压要比最大输出电压加上作为恒流源工作的Tr3的发射极电阻Re3上的压降的值还要大。如令Re3的压降为2V,电源电压在4V以上即可。为了使Tr1、Tr2的基极电压为0V，去掉输入侧的耦合电容，使电路

4、简单化，故采用±5V的双电源。(2) 、确定Tr1、Tr2的工作点Tr1、Tr2的集电极电流一般为0.1至数毫安。在这里设为1mA，则恒流源Tr3的发射极电流设定在2mA。令Re3上的压降为2V,电流流过2mA，所以(3) 、恒流源的设计为了使Re3上的压降为2V,设Vbe为0.6V，则R2上的压降为2.6V，所以R1上的压降为7.4V。为了使Tr3上的基极电流可以忽略，则在R1、R2上流过的电流有必要比基极电流大10倍以上。如果设=100，则Tr3的基极电流为 所以流过R1、R2的电流为0.2mA。(4) 、确定Rc1、Rc2、Re1、Re2由于Tr1、Tr2基极电位被Rb1、Rb

5、2偏置在0V，因此，Ve1=Ve2=-0.6V。如将Rc1、Rc2的压降设定在Ve1(Ve2)与正电源的中点附近，就能获得最大输出电压，即Rc1、Rc2的压降为2.2V。由于集电极电流设定在1mA，所以增益设定为20倍，所以可令，Rc1=Rc2=2k，Re1=Re2=51。(5) 、确定Rb1、Rb2Rb1、Rb2决定了输出电阻，也有将Tr1、Tr2的基极电位偏置在0V的作用。取Rb1=Rb2=10k即可。(6) 、确定C1、C2C1、C2起到隔直的作用，可取C1=C2=10F。(7) 、确定三极管的型号S9018的参数符合要求，且频率特性较好，故三只管子都用S9018。为了很好地抑制温漂，T

6、r1、Tr2的参数应严格一致，电阻规格也应严格一致。 表1 S9018的特性项 目符 号规 格单 位集电极-基极间电压25V集电极-发射极间电压18V基极-发射极间电压4V集电极电流Ic150mA综上，设计的差动放大器电路图如下：图2 差动放大器电路图 表2 差动放大器元件清单元件名称位 号型 号规 格数 量电阻R136k1电阻R213k1电阻Rb1、Rb210k2电阻Rc1、Rc22k2电阻Re1、Re2512电阻Re31k1电解电容C1、C210F2三极管Tr1、Tr2、Tr3S901832、 差动放大器的仿真结果 仿真软件Multisim元件库中没有S9018这种型号的三极管，故用2SC

7、1815代替。图3 差动放大器仿真电路图截图(1) 、增益的仿真结果输入信号截图：频率：1kHz 幅值：50mV输出波形截图：Vo1、Vo2幅值相同、相位相反。幅值大于500mV，增益大于10倍，即20dB，满足要求。(2) 、频率响应的仿真结果波特仪显示结果截图：高频特性：上限截止频率约为13.822MHz。低频特性：1Hz时增益与中频带相同。3dB带宽为1Hz13.822MHz。3、 按照电路原理图焊接电路板图4 差动放大器实物图 4、 对电路板进行调试，并进行改进 用万用表测试，没有发现短路、断路、虚焊等现象。 接入±5V双电源，测得Tr1、Tr2、Tr3的Vbe均为0.6V左

8、右，无异常现象。 输入1kHz、50mVpp的正弦波信号，中频带电压增益已远远超过20dB，下限截止频率达7Hz，然而上限截止频率只有600kHz。原因应该是恒流源的电流取的过小，导致高频放大倍数过小。 改进：现将恒流源的电流增至4mA，即Rc1、Rc2、Re1、Re2、Re3缩小一倍，在这些电阻两端并联一相同与其规格的电阻即可，Re1、Re2并联后阻值较小，直接将其短路，这样以后，理论增益值将接近。4、 实验结果输入信号一端接Tr1的基极，一端接Tr2的基极，即输入差模信号。输入信号幅值：36mVf(Hz)124101k200k300k1M1.3MVo(V)0.6960.91211110.9

9、840.80.712Av(dB)25.7 28.1 28.9 28.9 28.9 28.9 28.7 26.9 25.9 可见，中频带增益大于20dB,3dB带宽为1Hz1.3MHz。当Tr1、Tr2的基极短接，输入信号一端接Tr1的基极，一端接地，即输入共模信号,改变输入信号的幅值,输出信号很小，跟输入差模信号的输出信号相比可以忽略。可见,设计的差动放大器的共模抑制比较高。五、实验总结1、实验过程中遇到的问题 在帮同学调试时，发现输出波形几乎为脉冲波，正弦波底部失真很严重，应该是静态工作点过低的原因，可能是某一个或几个电阻阻值不是很恰当。但实际用的电阻与理论计算值相差并不大，而且同学确信电阻没有选错。因而也就排除了这方面原因，可能是三极管或电容选的规格不合适，但换三极管、换电容都没有解决问题，决定重焊一个电路。在测电阻时发现标的1.2k的电阻测量值竟为62k,真没想到会犯这种错误。从中我跟同学都汲取了教训，在