《三極管差動放大器》實驗報告

1、創(chuàng)新實驗項目報告書實驗名稱三極管差動放大器日期2012年3月10日姓名專業(yè)自動化，通信工程一、 實驗?zāi)康?設(shè)計三極管差動放大器，要求如下：1、 差分輸入電壓Vid100mV； 2、 要求放大電路增益20dB； 3、 3dB帶寬10Hz1MHz；4、 盡可能提高共模擬制比(KCMR)。 二、 實驗原理圖1 差動放大器原理圖 差動放大器的工作原理1、Tr1、Tr2發(fā)射極電流的和為定值如圖1所示，假設(shè)Tr1、Tr2完全相同，當(dāng)沒有輸入信號時，各自的發(fā)射極電流Ie1、Ie2相同，且均為恒流源Tr3的發(fā)射極電流的一半。當(dāng)在輸入1加電壓時，Ie1增加Ie，由于Ie1+Ie2被恒流源Tr3控制，故Ie2減小

2、Ie，即Ie1與Ie2具有相同的變化量，只是增減方向不同。2、對輸入信號的差進(jìn)行放大 該電路的輸出是以集電極電流（=發(fā)射極電流）的變化量、以集電極電阻上的壓降取出的。Ie是由Tr1與Tr2的Vbe的差值決定的，當(dāng)兩個輸入信號相同時，Tr1與Tr2的Vbe相同，兩者之差為零，因而沒有輸出。當(dāng)兩個輸入信號不同時，Ie1與Ie2的變化量大小相等、方向相反，因而Vo1與Vo2是振幅相同、相位相反的信號。故差動放大器電路僅對兩個輸入信號的差進(jìn)行放大,不放大相同的輸入信號，因而可以起到抑制溫漂的作用。3、差動放大器的增益差動放大器的輸入有單端輸入、雙端輸入兩種形式，輸出也有單端輸出、雙端輸出兩種形式。雙端

3、輸出的增益為：單端輸出的的增益為：即單端輸出增益為雙端輸出的一半。可見差動放大器的增益與單管共射放大的增益相同，增加了一只管子并沒有增大增益，但很好地抑制了溫漂。三、實驗過程1、差動放大器的設(shè)計(1) 、確定電源電壓差分輸入電壓Vid100mV，放大電路增益20dB，即10倍，因為實際增益總小于理論計算值，故將理論計算的增益定位20倍，最大輸出電壓為100mV20=2V。差動放大器的電源電壓要比最大輸出電壓加上作為恒流源工作的Tr3的發(fā)射極電阻Re3上的壓降的值還要大。如令Re3的壓降為2V,電源電壓在4V以上即可。為了使Tr1、Tr2的基極電壓為0V，去掉輸入側(cè)的耦合電容，使電路簡單化，故采

4、用5V的雙電源。(2) 、確定Tr1、Tr2的工作點Tr1、Tr2的集電極電流一般為0.1至數(shù)毫安。在這里設(shè)為1mA，則恒流源Tr3的發(fā)射極電流設(shè)定在2mA。令Re3上的壓降為2V,電流流過2mA，所以(3) 、恒流源的設(shè)計為了使Re3上的壓降為2V,設(shè)Vbe為0.6V，則R2上的壓降為2.6V，所以R1上的壓降為7.4V。為了使Tr3上的基極電流可以忽略，則在R1、R2上流過的電流有必要比基極電流大10倍以上。如果設(shè)=100，則Tr3的基極電流為 所以流過R1、R2的電流為0.2mA。(4) 、確定Rc1、Rc2、Re1、Re2由于Tr1、Tr2基極電位被Rb1、Rb2偏置在0V，因此，Ve

5、1=Ve2=-0.6V。如將Rc1、Rc2的壓降設(shè)定在Ve1(Ve2)與正電源的中點附近，就能獲得最大輸出電壓，即Rc1、Rc2的壓降為2.2V。由于集電極電流設(shè)定在1mA，所以增益設(shè)定為20倍，所以可令，Rc1=Rc2=2k，Re1=Re2=51。(5) 、確定Rb1、Rb2Rb1、Rb2決定了輸出電阻，也有將Tr1、Tr2的基極電位偏置在0V的作用。取Rb1=Rb2=10k即可。(6) 、確定C1、C2C1、C2起到隔直的作用，可取C1=C2=10F。(7) 、確定三極管的型號S9018的參數(shù)符合要求，且頻率特性較好，故三只管子都用S9018。為了很好地抑制溫漂，Tr1、Tr2的參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格

6、一致，電阻規(guī)格也應(yīng)嚴(yán)格一致。 表1 S9018的特性項 目符 號規(guī) 格單 位集電極-基極間電壓25V集電極-發(fā)射極間電壓18V基極-發(fā)射極間電壓4V集電極電流Ic150mA綜上，設(shè)計的差動放大器電路圖如下：圖2 差動放大器電路圖 表2 差動放大器元件清單元件名稱位 號型 號規(guī) 格數(shù) 量電阻R136k1電阻R213k1電阻Rb1、Rb210k2電阻Rc1、Rc22k2電阻Re1、Re2512電阻Re31k1電解電容C1、C210F2三極管Tr1、Tr2、Tr3S901832、 差動放大器的仿真結(jié)果 仿真軟件Multisim元件庫中沒有S9018這種型號的三極管，故用2SC1815代替。圖3 差動

7、放大器仿真電路圖截圖(1) 、增益的仿真結(jié)果輸入信號截圖：頻率：1kHz 幅值：50mV輸出波形截圖：Vo1、Vo2幅值相同、相位相反。幅值大于500mV，增益大于10倍，即20dB，滿足要求。(2) 、頻率響應(yīng)的仿真結(jié)果波特儀顯示結(jié)果截圖：高頻特性：上限截止頻率約為13.822MHz。低頻特性：1Hz時增益與中頻帶相同。3dB帶寬為1Hz13.822MHz。3、 按照電路原理圖焊接電路板圖4 差動放大器實物圖 4、 對電路板進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行改進(jìn) 用萬用表測試，沒有發(fā)現(xiàn)短路、斷路、虛焊等現(xiàn)象。 接入5V雙電源，測得Tr1、Tr2、Tr3的Vbe均為0.6V左右，無異常現(xiàn)象。 輸入1kHz、50

8、mVpp的正弦波信號，中頻帶電壓增益已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過20dB，下限截止頻率達(dá)7Hz，然而上限截止頻率只有600kHz。原因應(yīng)該是恒流源的電流取的過小，導(dǎo)致高頻放大倍數(shù)過小。 改進(jìn)：現(xiàn)將恒流源的電流增至4mA，即Rc1、Rc2、Re1、Re2、Re3縮小一倍，在這些電阻兩端并聯(lián)一相同與其規(guī)格的電阻即可，Re1、Re2并聯(lián)后阻值較小，直接將其短路，這樣以后，理論增益值將接近。4、 實驗結(jié)果輸入信號一端接Tr1的基極，一端接Tr2的基極，即輸入差模信號。輸入信號幅值：36mVf(Hz)124101k200k300k1M1.3MVo(V)0.6960.91211110.9840.80.712Av(dB)25

9、.7 28.1 28.9 28.9 28.9 28.9 28.7 26.9 25.9 可見，中頻帶增益大于20dB,3dB帶寬為1Hz1.3MHz。當(dāng)Tr1、Tr2的基極短接，輸入信號一端接Tr1的基極，一端接地，即輸入共模信號,改變輸入信號的幅值,輸出信號很小，跟輸入差模信號的輸出信號相比可以忽略?？梢?設(shè)計的差動放大器的共模抑制比較高。五、實驗總結(jié)1、實驗過程中遇到的問題 在幫同學(xué)調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)輸出波形幾乎為脈沖波，正弦波底部失真很嚴(yán)重，應(yīng)該是靜態(tài)工作點過低的原因，可能是某一個或幾個電阻阻值不是很恰當(dāng)。但實際用的電阻與理論計算值相差并不大，而且同學(xué)確信電阻沒有選錯。因而也就排除了這方面原因，可能是三極管或電容選的規(guī)格不合適，但換三極管、換電容都沒有解決問題，決定重焊一個電路。在測電阻時發(fā)現(xiàn)標(biāo)的1.2k的電阻測量值竟為62k,真沒想到會犯這種錯誤。從中我跟同學(xué)都汲取了教訓(xùn)，在焊