实验十一 差动放大电路性能测试
一 实验目的
1．学习掌握差动放大电路的调试检测方法。
2．学习掌握差动放大电路的电压放大倍数和共模抑制比的测试方法。 二 实验仪器
SAC-MDⅡ网络智能模拟电路实验台、泰克示波器、函数信号发生器、交流毫伏表。 三 实验预习
1．预习差动放大电路的工作原理及性能特点。
2．预习差动放大电路的电压放大倍数和共模抑制比的测试方法。 四 实验原理
差动放大电路是一种零点漂移十分微小的直流放大电路。常作为多级直流放大电路的前置级，用以放大微小的直流信号或变化缓慢的交流信号。图中，电路由两个完全对称的单管放大电路连接而成。静态时，二管的集电极电流相等，管压降也相等，输出电压∆Vo=0。
动态时，电路放大两种信号，一种是差模信号，这是有用的需要放大的信号，这种信号在电路输入端呈现大小相等极性相反。另一种是共模信号，这是无用的需要抑制的信号，这种信号在电路输入端呈现大小相等，极性相同。电路的特点是放大差模信号（有用信号），抑制共模信号（无用信号），这是由电路本身对称结构原理决定的。而实际电路本身不可能做到完全对称，为此常采用如图11-1所示将开关k拨在“2”位置上的典型差动放大电路为例进行分析。
图中，电位器RP用来调节静态输出电压为零（∆Vo=0），Re对共模信号起负反馈作用，以增强电路抑制零点漂移的能力，对放大差模信号却无影响。电路负电源-EE的作用是：为了加强电路抑制零点漂移能力，Re应取足够大的数值，若电路电源Ec仍取原来值，则工作点会下移，电压放大倍数也会减小。为了既保证Re取值足够大，又保证电路有合适的工作点，引入负电源-EE用来补偿Re上的电压降。适当配置-EE与Re，可以使Re上有合适的电流，进而使放大管有合适的工作电流。为了测试电路对共模信号的抑制能力，引入共模抑制比CMRR
图11—1 差动放大电路
技术参数。其定义为电路对差模信号的放大倍数AVd与共模信号的放大倍数AVC之比值， 即CMRR=
AVdAVC
。
1 差模放大倍数
AVd
（双端）＝
∆Vo1-∆Vo2∆Vi1-∆Vi2
12
=
∆Vo1-∆Vo2
∆Vi
＝
βR'L
Rb+rbe+(1+β)
12Rp
11-1
AVd
（单端）＝-
βR'L
Rb+rbe+(1+β)
12Rp
11-2
式中Rb1=Rb2=Rb，rbe1=rbe2＝rbe，β1=β2=β，∆Vi1=-∆Vi2=
Re1=Re2=
12R
12
∆Vi
，R'L=Rc||p
RL2
=
RcRL2Rc+RL
2 共模放大倍数
AVC
（双端）=
∆Vo1-∆Vo2
∆Vi
11-3
若电路完全对称，即∆Vo1=∆Vo2； 则AVC（双端）=0； CMRR（双端）=∞
AVC
（单端）=
R
b
-βR'L
+rbe+(1+β)(
12R
p
11-4
+2Re)
1
式中若（1+β）（RP+2Re ）＞＞（Rb+rbe）,2Re＞＞RP
2
2
1
则AVC（单端）≈-CMRR（单端）=
R
b
R'L2Re
。 11-5
2βRe+rbe+
12βR
p)
11-6
上式表明完全对称的双端输出差动放大电路能全部抑制掉共模信号。而单端输出差动放大电路由于电阻Re对共模信号有较强的负反馈作用，故也能较好地抑制掉共模信号。
若电路不完全对称，由于∆Vo1与∆Vo2极性相同，则其相互间必然抵消一大部分输出值，以致使双端输出电路CMRR数值很大。电路对称性越完全，对共模信号的抑制能力就越强。为了增大CMRR的数值，除了提高电路对称性外，还要增大射极直流负反馈电阻Re，要增大Re，就必须提高EE，解决这个问题的有效方法是利用晶体管作恒流源来代替Re，如图11-1所示，
即将开关K拔在“3”位置上，此时，电路为具有恒流源的差动放大电路。假设电路温度升高，电流IC1、IC2、IC3都增大。IC3增大，引起Re1上压降增大，而VB3是不变的，于是VBE3下降，
IB3随着下降抑制了IC3增大。由于IC3=IC1+IC2，故IC1和IC2也受到抑制，这样，达到了抑制
零点漂移的目的。 五 实验内容及步骤
1．按图11-1所示连线，检查电路无误，接通直流电源EC＝+12V，-EE＝-12V。 2.发射极连接Re时，测试电路对称平衡条件下AVd和AVC，计算CMRR值： （1）静态调试
将A、B二点与地短路，拨动开关K连接“1”、“2”二点，用数字万用表跨接在二管集电极之间，调RP阻值，使∆Vo=0，且测出二管各极电流、电压值，将值填入表11-1内。 表11-1
（2）差模放大倍数AVd
拆去A、B、地三点短路连线。在 AB二点之间加入差模信号∆Vi，用数字电压表测试输入不同的∆Vi时的输出电压∆Vo值，且计算电压放大倍数，将值填入表11-2内。 表11-2
（3）共模放大倍数AVc
将A、B二点短路，在A（或B）与地之间加入共模信号∆Vi。用数字电压表测出输入不同的∆Vi时的输出电压∆Vo值，且计算电压放大倍数，将值填入表11-3内。
3.发射极接恒流源时，测试电路对称平衡条件下的AVd和AVc，计算CMRR值： 表11-3
RpIc3Re=10KIC1+IC2）值，再调Rp阻值，使∆Vo＝0。下面步骤与2（1）（2）（3）同，此略。 4.以fi=100Hz的正弦波作为输入信号，测试Avd 和Avc，计算CMRR值：
将电路的双端输入改成单端输入，如图11-2所示。具体步骤与2（1）（2）（3）同，此略。
六 实验思考题
1．如图11-1所示电路中，Re和恒流源起什么作用？提高Re值受到什么限制？
2．差动放大电路的对称平衡程度对单端双端输出信号时的零点漂移分别有什么影响？
图11—2 单端输入差动放大电路
实验十一 差动放大电路性能测试
一 实验目的
1．学习掌握差动放大电路的调试检测方法。
2．学习掌握差动放大电路的电压放大倍数和共模抑制比的测试方法。 二 实验仪器
SAC-MDⅡ网络智能模拟电路实验台、泰克示波器、函数信号发生器、交流毫伏表。 三 实验预习
1．预习差动放大电路的工作原理及性能特点。
2．预习差动放大电路的电压放大倍数和共模抑制比的测试方法。 四 实验原理
差动放大电路是一种零点漂移十分微小的直流放大电路。常作为多级直流放大电路的前置级，用以放大微小的直流信号或变化缓慢的交流信号。图中，电路由两个完全对称的单管放大电路连接而成。静态时，二管的集电极电流相等，管压降也相等，输出电压∆Vo=0。
动态时，电路放大两种信号，一种是差模信号，这是有用的需要放大的信号，这种信号在电路输入端呈现大小相等极性相反。另一种是共模信号，这是无用的需要抑制的信号，这种信号在电路输入端呈现大小相等，极性相同。电路的特点是放大差模信号（有用信号），抑制共模信号（无用信号），这是由电路本身对称结构原理决定的。而实际电路本身不可能做到完全对称，为此常采用如图11-1所示将开关k拨在“2”位置上的典型差动放大电路为例进行分析。
图中，电位器RP用来调节静态输出电压为零（∆Vo=0），Re对共模信号起负反馈作用，以增强电路抑制零点漂移的能力，对放大差模信号却无影响。电路负电源-EE的作用是：为了加强电路抑制零点漂移能力，Re应取足够大的数值，若电路电源Ec仍取原来值，则工作点会下移，电压放大倍数也会减小。为了既保证Re取值足够大，又保证电路有合适的工作点，引入负电源-EE用来补偿Re上的电压降。适当配置-EE与Re，可以使Re上有合适的电流，进而使放大管有合适的工作电流。为了测试电路对共模信号的抑制能力，引入共模抑制比CMRR
图11—1 差动放大电路
技术参数。其定义为电路对差模信号的放大倍数AVd与共模信号的放大倍数AVC之比值， 即CMRR=
AVdAVC
。
1 差模放大倍数
AVd
（双端）＝
∆Vo1-∆Vo2∆Vi1-∆Vi2
12
=
∆Vo1-∆Vo2
∆Vi
＝
βR'L
Rb+rbe+(1+β)
12Rp
11-1
AVd
（单端）＝-
βR'L
Rb+rbe+(1+β)
12Rp
11-2
式中Rb1=Rb2=Rb，rbe1=rbe2＝rbe，β1=β2=β，∆Vi1=-∆Vi2=
Re1=Re2=
12R
12
∆Vi
，R'L=Rc||p
RL2
=
RcRL2Rc+RL
2 共模放大倍数
AVC
（双端）=
∆Vo1-∆Vo2
∆Vi
11-3
若电路完全对称，即∆Vo1=∆Vo2； 则AVC（双端）=0； CMRR（双端）=∞
AVC
（单端）=
R
b
-βR'L
+rbe+(1+β)(
12R
p
11-4
+2Re)
1
式中若（1+β）（RP+2Re ）＞＞（Rb+rbe）,2Re＞＞RP
2
2
1
则AVC（单端）≈-CMRR（单端）=
R
b
R'L2Re
。 11-5
2βRe+rbe+
12βR
p)
11-6
上式表明完全对称的双端输出差动放大电路能全部抑制掉共模信号。而单端输出差动放大电路由于电阻Re对共模信号有较强的负反馈作用，故也能较好地抑制掉共模信号。
若电路不完全对称，由于∆Vo1与∆Vo2极性相同，则其相互间必然抵消一大部分输出值，以致使双端输出电路CMRR数值很大。电路对称性越完全，对共模信号的抑制能力就越强。为了增大CMRR的数值，除了提高电路对称性外，还要增大射极直流负反馈电阻Re，要增大Re，就必须提高EE，解决这个问题的有效方法是利用晶体管作恒流源来代替Re，如图11-1所示，
即将开关K拔在“3”位置上，此时，电路为具有恒流源的差动放大电路。假设电路温度升高，电流IC1、IC2、IC3都增大。IC3增大，引起Re1上压降增大，而VB3是不变的，于是VBE3下降，
IB3随着下降抑制了IC3增大。由于IC3=IC1+IC2，故IC1和IC2也受到抑制，这样，达到了抑制
零点漂移的目的。 五 实验内容及步骤
1．按图11-1所示连线，检查电路无误，接通直流电源EC＝+12V，-EE＝-12V。 2.发射极连接Re时，测试电路对称平衡条件下AVd和AVC，计算CMRR值： （1）静态调试
将A、B二点与地短路，拨动开关K连接“1”、“2”二点，用数字万用表跨接在二管集电极之间，调RP阻值，使∆Vo=0，且测出二管各极电流、电压值，将值填入表11-1内。 表11-1
（2）差模放大倍数AVd
拆去A、B、地三点短路连线。在 AB二点之间加入差模信号∆Vi，用数字电压表测试输入不同的∆Vi时的输出电压∆Vo值，且计算电压放大倍数，将值填入表11-2内。 表11-2
（3）共模放大倍数AVc
将A、B二点短路，在A（或B）与地之间加入共模信号∆Vi。用数字电压表测出输入不同的∆Vi时的输出电压∆Vo值，且计算电压放大倍数，将值填入表11-3内。
3.发射极接恒流源时，测试电路对称平衡条件下的AVd和AVc，计算CMRR值： 表11-3
RpIc3Re=10KIC1+IC2）值，再调Rp阻值，使∆Vo＝0。下面步骤与2（1）（2）（3）同，此略。 4.以fi=100Hz的正弦波作为输入信号，测试Avd 和Avc，计算CMRR值：
将电路的双端输入改成单端输入，如图11-2所示。具体步骤与2（1）（2）（3）同，此略。
六 实验思考题
1．如图11-1所示电路中，Re和恒流源起什么作用？提高Re值受到什么限制？
2．差动放大电路的对称平衡程度对单端双端输出信号时的零点漂移分别有什么影响？
图11—2 单端输入差动放大电路