实验四_差分放大器重点.docx

实验四 差分放大器 实验目的： 掌握差分放大器偏置电路的分析和设计方法； 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； 掌握差分放大器差模传输特性。 实验内容： 实验预习 根据图4-1所示电路，计算该电路的性能参数。已知晶体管的导通电压VBE(on)=0.55, β=500，|VA|=150 V，试求该电路中晶体管的静态电流ICQ，节点1和2的直流电压V1、V2，晶体管跨导gm，差模输入阻抗Rid，差模电压增益Avd，共模电压增益Avc和共模抑制比KCMR，请写出详细的计算过程，并完成表4-1。 图4-1. 差分放大器实验电路 表4-1： ICQ（mA）V1（V）V2（V）gm（mS）Rid（kΩ）AvdAvcKCMR1.01662.9672.96739.18.679-78.186-1.94620.089 二、仿真实验 1. 在Multisim中设计差分放大器，电路结构和参数如图4-1所示，进行直流工作点分析（DC分析），得到电路的工作点电流和电压，完成表4-2，并与计算结果对照。 表4-2： ICQ（mA）V1（V）V2（V）V3（V）V5（V）V6（V）1.001252.99752.99751.00341.57651.5549仿真设置：Simulate → Analyses → DC Operating Point，设置需要输出的电压或者电流。 2. 在图4-1所示电路中，固定输入信号频率为2kHz，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）11020Avd-72.945-70.25-63.00 基波功率P1 (dBm)-24.179-4.5450.735二次谐波功率P2 (dBm)-97.123-57.937-46.529三次谐波功率P3 (dBm)-104.334-46.478-30.295仿真设置：Simulate →Run，也可以直接在Multisim控制界面上选择运行。在示波器中观察差模输出电压可以采用数学运算方式显示，即用1通道信号减2通道信号，设置见图4-2。显示设置按钮可以设置数学运算模式下的示波器显示参数，见图4-3，采用图中所示显示调节按钮可以分别调节Scale和Offset。 图4-2. 采用示波器测量差模电压 图4-3. 数学运算模式下的显示调节 思考： eq \o\ac(○,1) 输入幅度1mV时，表4-3中的数据Avd和计算结果一致吗？若有差异，请解释差异主要来自什么方面？  eq \o\ac(○,2) 表4-3中的Avd在不同输入信号幅度的时候一样吗？若不一样，请解释原因？ 答：Avd在不同输入信号幅度时不一样。在不相同的信号输入时，β、rb’e、rce都不同。 3. 在图4-1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，仿真并测量输出信号幅度。若输出信号V1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中的性能参数。 仿真设置：Simulate →Run，也可以直接在Multisim控制界面上选择运行，通过Agilent示波器测量输出波形幅度。 4. 在图4-1所示电路中，将输入信号V2和V3设置成共模输入信号——信号频率10kHz，信号幅度10mV，相位都为0°，仿真并测量输出信号的幅度，计算电路的共模增益，并与计算结果对照。 思考：若需要在保证差模增益不变的前提下提高电路的共模抑制能力，即降低共模增益，可以采取什么措施？请给出电路图，并通过仿真得到电路的共模增益和差模增益。 仿真设置：Simulate →Run，也可以直接在Multisim控制界面上选择运行，通过Agilent示波器测量输出波形幅度。 5. 采用图4-4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。  eq \o\ac(○,1) 电压扫描范围2.35V~2.75V，扫描步进1mV，得到电阻R2和R3中电流差随V2电压的变化曲线，即输出电流的差模传输特性，并在差模输出电流的线性区中点附近测量其斜率，得到差分放大器的跨导，并与计算结果对照（VBE(on)=0.55, β=500）；  eq \o\ac(○,2) 若将V3电压改为1V，再扫