东南大学模电实验实验4_图文

1、实验四差分放大器学号：姓名:实验目的：1. 掌握差分放大器偏置电路的分析和设计方法；2. 掌握差分放大器差模增益和共模增益特性，熟悉共模抑制概念；3. 掌握差分放大器差模传输特性。实验内容：一、实验预习根据图41所示电路，计算该电路的性能参数。已知品体管的导通电压vbe (on) =0.55v, 6=500, |va|=150v,试求该电路中晶休管的静态电流icq，节 点1和2的直流电压vi、v2,品体管跨导gim差模输入阻抗rid,差模电 压增益ave和共模抑制比kcmr，请写出详细的计算过程，并完成表41.图41.差分放大器实验电路农 4-1：icq <ma)(v)v2 (v)gm

2、(ms)&d(3avekcmr1.032.942.9439.725.2-79.4-239.7二、仿真实验1设计电路如41,进行直流工作点分析，填入表42,与41比较。表42：icq (ma)v| (v)v2 (v)v3(v)v5 (v)v6(v)1.0002.9982.9981.0031.5761.5552. 在图41所示电路中，固定输入信号频率为10khz,输入不同信号幅度时，测 量电路的差模增益。采用agilent示波器(agilent oscilloscope)观察输出波 形，测量输出电压的峰峰值(peak-peak),通过“差模输出电压峰峰值/差模输 入电压峰峰值”计算差模增益

3、avd,用频谱仪器观测节点1的基波功率和谐波功 率，并完成表4-3。表 4-3：输入信号 单端幅度(mv)110204d 72.95 70.25-63基波功率p1(dbm)27.386-8.295-5.501一次谐波 功率p2(dbm) 97.12352.934-29.046三次谐波 功率p3(dbm)-103.93-45.414-29.046输入信号单端幅度为lmv时输出波形输入信号单端幅度为10mv时输出波形输入信号单端幅度为20mv时输出波形思考：1.不一致斧异來源：1）gm的值依赖于b和！*bc，然而计算的值又依赖于ib，由于b的 值和ib的值都会随电压的改变而产生一定程度的偏移，于是

4、产生 误差。2）当vid足够小时，在原点附近v®的很小变化范围内差模传输特 性曲线可以看作是一段直线，直线的斜率为gm,但是事实上并不 是一条直线。3）输入的小信号影响直流工作点2. 不一样原因：1）当vq足够小时，在原点附近v®的很小变化范围内差模传输特 性曲线可以看作是一段直线，直线的斜率为師,但是事实上并不 是一条直线。2）当vid变大后，对直流工作点的影响变大，信号幅度越大，失真 越严重，产生更多的高频谐波。3. 在图4t所示电路中，将输入信号v2的信号幅度设置为10mv（vpk,单端信 号幅度），频率为10khz,输入信号v3的信号幅度设置为0,仿真并测量输出信

5、号幅度。若输出信号vi和v2的幅度不一致，请解释原因，并写出详细的计算和 分析过程，计算过程可以直接采用表4-1小的性能参数。思考：测量单端输出电压时需要考虑共模的增益，而双端输出时，不需要考虑共模的增益，而共模增益带来了幅度的略微差别o 计算值:vic= (v11+v12)/2=5mvv1d=v11-v12=1omvvoovioavoiomvvod二vid*avd二0. 794(v)v01二voc+o. 5vod二804 mvv02=v0c-0. 5v0d二784 mv仿真值：有截图可知 vl=0. 5*v01 二0. 3516 (v)v2=0. 5*v02二0. 3705 (v)voc=(

6、vl+v2)/2=0. 72235(v)vid二v2-vi二0. 00945(v)agilent oscilloscope-xsc1x50$rmtrit严ensitypowiquick printpabec0ep 08卵一 1 mv厂、m(1)2.53v. 234.43mv/ 3.49v, 247.17mfn0s. 10(wutilityanalogaun cootrlsouroe jcear meas.j frequencyperod peak-peak |1.44:703.31 mv)“xp*&2):741 51 mg4. 在图4-1'p，将输入信号v2和v3设置为共模输入

7、信号信号频率为2khz, 信号幅度10mv,相位为0,设置仿真输出信号的幅度，计算电路的共模增益， 与计算结果对照。思考：若需要在保证增益不变的丽提卜提高电路的共模抑制能力，可采取什 么措施？仿真值：ave二3344，计算值久c二3.4思考1.采用有源负载，通过提高等效电阻来降低共模增益。avd=236, avc=0.0925, kcmr=1275.7电路设计:共模单端输出3fiun controlw>v«/ormtrh押mrr«i22channol selectcorp06g；agilentens1ty说4 u5 recommended cable onlypeak

8、-peawi) 1 85 mv虧8 22v1w(t)0s.50us/slop j10v 100 mh2hmsa茅模单端输出:agilen讶液器xsc15. 采用图44所示电路对输入直流电压源v2进行dc扫描仿真，得到电路的差 模传输特性。1.电压扫描范围1.35v-1.75v,扫描步进lmv,得到电阻r2和r3中电流随 v2电压变化曲线，并测量斜率，得到跨导并对照。所以测量值gm=36.04ms,计算值gm=38.5ms2）将v3改为iv,在扫描v2的电压，扫描范围0.8-1.2v,得到曲线测量跨 导，并对照。所以测量值gm=17.03ms计算值gm=17.3ms对比发现，计算结果与仿真结果基

9、本一致。对比发现，直流偏置对跨导有显著影响，直流偏置电压变大，集屯极屯流变大，从而跨导变大。3）若将图4-4的电阻r1改成理想直流电压源，如图45.固定v3电压为iv, 扫描v2,得到曲线与2结果对照，指出异同并解释。思考：a. 在仿真任务1中，若v2的电压扫描范围改为05v,测量屯源屯压v2 和v3中的电流，即三极管的基极电流，与理论分析一致吗？b. 比较1,2,差模输出电流随v2的变化趋势一样吗？若有差异，为什 么？x10w2 voltage (v)file edit view graph trace cursor legend tools help碱i2|切x 臨鸟|曲 団汕 0 刀人|

10、題 q q 画苗&"0 a £叫怎spectrum analyzer-xsa11 spectrum analyzer-xsa1 | dc sweep dc sweep dc sweep dc sweep dc sweepg>|o©3.0000m2.0000mlw 10000m实验42dc transfer characteristiccursori(r2)-i(rl)i(r1)-i(r2)980.8028m980.8029m687.2494u1.0171617.3180u 363002m-617.3180u363002mdy dy/dx i/dx-6

11、s7.2494u1.0171selevtcm 丨io丿丿 |亠uiujiuu j5 j1.3046m-1.3046m35.9323m-35.93s3rc27.548127.5421所以测量值gm=35.94ms,计算值gm=38.5ms思考：1. 不一致，因为基极电压过人，导致mat02eh屮的be两点之间的二极管被击穿，基极 电流从而不断变大。实验时，可以在接入差分对管之前，先测定基极的电压强度, 若明显过大则调整至合适的电压时再接入差分对管。2. 变化趋势一样，但斜率不同。因为设置的基极电压工作点不同，导致直流工作点的 电流不同，一个为1ma, 一个为0.45ma,使得输出电流的增益大小有

12、很大的差别。三、硬件实验1.按照图4-1所示电路在面包板上设计电路，进行分析和测试。图4& mat02eh管脚图1 测虽电路各点的直流工作点表 4-4：v1 (v)v2 (v)v3 (v)v5 (v)v6(v)3.033.100.961.571.55思考：若肯流电压vi和v2不一样，可能是为什么？如何调整电路可以使输出玄流电压vi 和v2更加一致。不一致。原因：r2、r3电阻实际上不一样大，mat02eh本身町能也是不对称的。解决办法:调节r2、r3大小；补偿电压。2.采用pocketlab信号发生器产生差分信号，通过示波器同时观测两路输 出波形。提交输入信号单端振幅为10mv,频率为

13、2khz的两路输出波形，计算 差模增益avd。振幅为10mv差模输出电压峰峰值为vod=1.18v+l.l9v=2.37v输入电压峰峰值vid=40mvavd=-59.253. 将两路输出信号改为相同的信号，频率为2kh乙 得到两路输出信号的波形并截图。vic=20mvvbc 40mvavc=-2与理论计算、仿真结果高度吻合，但是输出共模波形出现了一定程 度的失真，可能是输入信号并没有严格构成共模输入以及差放的频 率响应导致的。2差模传输特性按照图4-9电路在面包板上设计电路，测试差模传输特性。l.r4=r5=lkq,手动调节电阻r7,逐点测量节点8电压，节点4和节点7的电压差，在1.6v附近

14、步长可以取小一点，提高测量精度，过了限幅区步长可以增 加，得到电路差模传输特性，测量斜率。v4(v)v7(v)v4-v7(v)ic(ma)v8(v)3.195.00-1.81-0.9051.393.304.95-1.65-0.8251.473.454.86-1.41-0.7051.543.54.8-1.31-0.6551.553.714.6-0.89-0.4451.573.884.42-0.54-0.271.584.244.040.20.11.64.413.850.560.281.614.593.660.930.4561.624.633.611.020.511.634.883.321.560.

15、781.664.943.231.710.8551.675.043.04211.715.052.892.161.081.785.062.762.31.11.845.062.562.51251.94差模传输特性；1.351.41.451.1.8.6 a a14 2 0 2 4 o o-0-0£-8-1-0-0f lzj1.55 zl.61.651.71.751.v8gm=18.2388ms2.r4=r5=20kq,重复1,得到羌模传输特性及斜率，对比分析吊联电阻对差模 传输特性的影响，给出理论分析过程。差模传输特性1.2r81864202461 丨 1 1 o o o o-0-0-0gm

16、=9.25ms分析：由实验结果易知，串联电阻增大，差放跨导减小 固定电阻r7=8kq,在1.4v-1.8v附近改变节点5的电压，以节点5电压为x轴，差模输出电流为y轴，同样在45 1 r r k和45 20 rrr条件卜测量差模传输特性的斜率，分析倍数关系和 中相同吗1. r4=r5=lkq4.823.51.321.550.664.743.571.171.560.5854.523.780.741.580.244.393.910.481.590.244.244.030.211.60.1054.094.17-0.08161-0.043.954.3-0.351.62-0.1753.84.43-0.631.63-0.3153.554.66-1.111.65-0.555差模传输特性r59gm=13.75ms2. r4=r5=20k q5.053.361.681.40.8455.023.41.621.450.814,873,541,331.50.6654.593.790.81.550.44.453.910.541.570.274.383.980.41.58