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时间:2018-07-20
《东南大学信息学院电子线路模电实验四报告-差分放大器word版》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、实验四差分放大器姓名:学号: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,
2、VA
3、=150V,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
4、(V)V2(V)gm(mS)Rid(kΩ)AvdAvcKCMR18.28.238.520.3-261.8-3.438.5二、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)0.9975658.2198.2191.9982.6472.548仿真设置:Simulate→Analyses→DCOperatingPoint,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
5、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(AgilentOscilloscope)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-239.23-229.25-208基波功率P1(dBm)-24.021-5.417-0.474二次谐波功率P2(dBm)-91.635-52.095-40.529三次谐波功率P3(dBm)-96.405-41.27
6、2-25.723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。输入信号单端幅度1mV时的输出波形:输入信号单端幅度10mV时的输出波形:输入信号单端幅度20mV时的输出波形:思考: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?表4-3中的Avd在不同输入信号幅度的时
7、候一样吗?若不一样,请解释原因?答:不一致,产生差异的原因可能是如下几点:I在计算理论值时,没有考虑到基区宽度调至效应,忽略了,所以理论值与仿真值存在差异。在计算时,因为β值比较大,又忽略了与的差别。II电阻rbe的仿真时候的值并非准确的等于VT/IBQ,可能有所偏差;III当VID足够小时,在原点附近VID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,则gm=的值也随着VID的不同而略有变化。并且差模电压增益为Avd=-gmRc,gm的不同会造成Avd的偏差。不一样,可能是因为。当VID足够小时,在原点附近VID的很小
8、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,则gm=的值也随着VID的不同而略有变化。并且差模电压增益为Avd=-gmRc,gm的不同会造成Avd的偏差。此外,当信号幅度增大时,对直流工作点有影响,增益不同,而且信号幅度越大,失真越严重,产生更多的高频谐波。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
9、能参数。答:实际测得输出电压峰峰值为2.32V和2.39V,稍有不同。原因可能是,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。将输入信号分解为差模和共模信号之后,因为差模信号对于两边是大小相等方向相反的,而且差模增益比较大,所以决定了主要的输出信号的波形,即峰峰值大小相近,相位差180度,而共模信号虽然是大小相等方向相同,但因为共模增益比较小,所以对输出的波形影响比较小,形成了两信号的略微幅度上的略微的不一致。计算过程如下:由计算可以发现,两输出端的输出信号幅度存在差异,方向相
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