《三極管差動(dòng)放大器》實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目報(bào)告書(shū)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)三極管差動(dòng)放大器日期2012年3月10日姓名專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化，通信工程一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計(jì)三極管差動(dòng)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(shí)驗(yàn)原理圖1 差動(dòng)放大器原理圖 差動(dòng)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(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，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(shí)，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(duì)輸入信號(hào)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(gè)輸入信號(hào)相同時(shí)，Tr1與Tr2的Vbe相同，兩者之差為零，因而沒(méi)有輸出。當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)不同時(shí)，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(hào)。故差動(dòng)放大器電路僅對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)的差進(jìn)行放大,不放大相同的輸入信號(hào)，因而可以起到抑制溫漂的作用。3、差動(dòng)放大器的增益差動(dòng)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：?jiǎn)味溯敵龅牡脑鲆鏋椋杭磫味溯敵鲈鲆鏋殡p端輸出的一半。可見(jiàn)差動(dòng)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(méi)有增大增益，但很好地抑制了溫漂。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1、差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)(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?yàn)閷?shí)際增益總小于理論計(jì)算值，故將理論計(jì)算的增益定位20倍，最大輸出電壓為100mV×20=2V。差動(dòng)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

4、簡(jiǎn)單化，故采用±5V的雙電源。(2) 、確定Tr1、Tr2的工作點(diǎn)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(guò)2mA，所以(3) 、恒流源的設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)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、Rb

5、2偏置在0V，因此，Ve1=Ve2=-0.6V。如將Rc1、Rc2的壓降設(shè)定在Ve1(Ve2)與正電源的中點(diǎn)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(hào)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，T

6、r1、Tr2的參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格一致，電阻規(guī)格也應(yīng)嚴(yán)格一致。 表1 S9018的特性項(xiàng) 目符 號(hào)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(jì)的差動(dòng)放大器電路圖如下：圖2 差動(dòng)放大器電路圖 表2 差動(dòng)放大器元件清單元件名稱(chēng)位 號(hào)型 號(hào)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(dòng)放大器的仿真結(jié)果 仿真軟件Multisim元件庫(kù)中沒(méi)有S9018這種型號(hào)的三極管，故用2SC

7、1815代替。圖3 差動(dòng)放大器仿真電路圖截圖(1) 、增益的仿真結(jié)果輸入信號(hào)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(mǎn)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(shí)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(dòng)放大器實(shí)物圖 4、 對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行改進(jìn) 用萬(wàn)用表測(cè)試，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)短路、斷路、虛焊等現(xiàn)象。 接入±5V雙電源，測(cè)得Tr1、Tr2、Tr3的Vbe均為0.6V左

8、右，無(wú)異常現(xiàn)象。 輸入1kHz、50mVpp的正弦波信號(hào)，中頻帶電壓增益已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(guò)小，導(dǎo)致高頻放大倍數(shù)過(guò)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(shí)驗(yàn)結(jié)果輸入信號(hào)一端接Tr1的基極，一端接Tr2的基極，即輸入差模信號(hào)。輸入信號(hào)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 可見(jiàn)，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(hào)一端接Tr1的基極，一端接地，即輸入共模信號(hào),改變輸入信號(hào)的幅值,輸出信號(hào)很小，跟輸入差模信號(hào)的輸出信號(hào)相比可以忽略。可見(jiàn),設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器的共模抑制比較高。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題 在幫同學(xué)調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出波形幾乎為脈沖波，正弦波底部失真很?chē)?yán)重，應(yīng)該是靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)低的原因，可能是某一個(gè)或幾個(gè)電阻阻值不是很恰當(dāng)。但實(shí)際用的電阻與理論計(jì)算值相差并不大，而且同學(xué)確信電阻沒(méi)有選錯(cuò)。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(méi)有解決問(wèn)題，決定重焊一個(gè)電路。在測(cè)電阻時(shí)發(fā)現(xiàn)標(biāo)的1.2k的電阻測(cè)量值竟為62k,真沒(méi)想到會(huì)犯這種錯(cuò)誤。從中我跟同學(xué)都汲取了教訓(xùn)，在