差分放大电路
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实验十 差分放大电路
一、实验目的
1、掌握差动放大电路原理与主要技术指标的测试方法。
2、掌握差动放大电路与具有镜像恒流源的差分放大电路的性能差别，明确
提高性能的措施。
二、预习要求
1．复习差分放大器工作原理及性能分析方法。
2．阅读实验原理，熟悉试验内容及步骤。 3．估算电路图的静态工作点，设各三极管β=30，rbe=1kΩ。
三、实验原理与参考电路
1、差分放大电路的特点
差分放大电路时模拟电路基本单元电路之一，是直接耦合放大电路的最佳电
路形式，具有放差模信号、抑制共模干扰信号和零点漂移的功能。
图4.10.1所示电路，当开关S置于位置“1”时为典型差分放大电路；当开关S置于位置“2”时为镜像恒流源的差分放大电路。图中三极管T3的；交流等
效电阻rce3'远远大于Re，
所以，恒流源差分放大电路对共模信号的抑制能力得到大大提高，故具有更高的
共模抑制比KCMR。 实验电路采用5G921S型集成双差分对管。由于制作差分对管的材料、工艺
和使用环境相同、所以四只管子技术参数一直很好。其外引线排列如图4.10.2
所以。1、8脚应接到电路的零电位上。
即使采用在同一基片上制造出阿里的差分对管也不能保证绝对的对称，因此，电路中还没有调零电位器RP1可使三极管T1、T2的集电极静态电流相等。当放大
其输入信号为零时，输出电压也为零。R1、R2为均值电阻。当采用平衡输入时，
因 R1=R2，且两电阻中间接地，故输入信号能平均分配到T1、T2管发射结上，
从而获得差模输入信号。Re为T1、T2管发射极公共电阻，对其共模干扰信号具有很强的见交流负反馈作用，且Re越大，共模抑制比KCMR越高；Re对差模信
号无负反馈作用，不影响差模放大倍数，但具有很强的直流负反馈作用，可稳定
T1、T2两管的静态工作点并抑制输出端零点漂移。电位器为Rp2为静态工作点
调整电位器，调节Rp2可改变基准电流IREF，因为VBE3=VBE4、R5=R6，所以T1、T2的工作电流之和为ICQ1+ICQ2=2ICQ1=ICQ3=IREF。
图4.10.1 差放大电路 图4.10.2 5G921S外引线排列
2、对差模信号的放大作用
当T1、T2的基极分别接入幅度相等、极性相反的差模信号时，使两管的发
射极产生大小相同、方向相反的变化电流。这两个电流同时流过发射极电阻Re(开关位置“1”时)，结果互相抵消，即Re中没有差模信号电流流过，也就么
没有对差模电压产生影响。但对T1、T2而言，一个管子集电极电流增大，另一
个管子集电极电流减小，于是在两管集电极之间的输入电压就是被放大了的差模
输入电压。 双端输出时，差模放大倍数为
2/)1(22
1'
11
21pbeL
IdOd
IdIdodvdRrR
vv
vvvAββ
5 3 2 1 13 12 14
4 9 10 11
6 8
7 T2
T3 T4 T1 式中RL'=RC//(RL/2)，（本图所示电路中RC=R3=R4,RL无穷大）
单端输出时，差模放大倍数为
]2/)1([221
1'
21
pbeLvdvdvdRrRAAA
ββ
3.对共模信号的抑制作用
放大电路因温度、电压波动等因素所引起的零点漂移和干扰都属于共模信
号，相当于在差分放大器两个管子的输入端加上大小相同，方向相反的信号。将
图4.10.1所示的电路中两个输入端A和B短路，并接到信号源输出端上，则差分放大电路就获得了共模输入信号vIc，这是输出端可侧的平衡输出共模信号
vOc或单端输出共模电压vOc1(或vOc2)。
双端输出时为
0211
IcOcOc
IcOcvcvvv
vvA
单端输出时为
],2
2)1(,
211[2R
22)1(R
'11'
1'211
cLbeeppeec
eL
epbeL
IcOc
IcOcvc
RRrRRRkRRR
RRRrvv
vvA
）（β）（ββ
4.共模抑制比KCMR
双端输出时
||
vcvdCMRAAK
单端输出时
2)1(||
111
pbee
vcvdCMRRrR
AAK
ββ
该式表明，Rp1愈大 ,共模抑制能力愈弱，这是因为21pP
对Avd1（或Avd2）的
影响远比对Avc1（或Avc2）的影响大的缘故。该式还表明，Re愈大，抑制共模干扰信号的能力愈强，即愈高。
5.用恒流源代替
当开关S置于位置"2"时，电阻R就被恒流源所代替。当静态工作点相同时，其
差模放大倍数与典型差放电路相同，而由于恒流源的交流等效电阻rce3'>>Re，所以共模放大倍数很小，共模抑制比很大。 四、实验内容与步骤 1.典型差分放大器测试
将开关S置于位置“1”处
（1）测量静态工作点 按图4.10.1组装好电路，将差动输入端A、B两点接地，调节电位器Rp1，
使Vo=0V，然后测量T1、T2的静态工作点，记入表4.10.1中。 Vc1 Vc2 Ve1 Ve2 VBE1 VBE2 VRe 计算
ICQ1 ICQ2 ICQ3=IE1+IE2
测试值
理论值
（2）测量差模电压放大倍数
调节信号发生器，使之输出VIPP=100mV，ƒ=1kHz的正弦波，将其送入三极管T1的输入端A（B接地）。用示波器观测单端输入、双端输出的电压波形，
计算差模放大倍数；观测单端输入、单端输出的电压波形，计算差模放大倍数
Avd1和Avd2，填入表4.10.2中。
（3）测量共模电压放大倍数 将A、B两端短路，并直接接到信号源的输出端，信号频率不变，用示波
器测量VO2PP算出Avc2及KCMR=22
vcvdAA
，填入表4.10.2中。 表4.10.2（VIPP=100mV，ƒ=1kHz）
电路形式 输入信
号类型 VO1PP/V VO2PP/V VOPP/V Avd1 Avd2 Avc2 KCMR=Avd2/Avc2
基本形式 差模
共模
2.具有恒流源的差分放大器测试 将图4.10.1中开关S置位置“2”处，调节电位器RP2，使该电路的ICQ 等
于基本差分放大电路的ICQ，重复实验内容1.中的（2）、（3）步骤，结果填入
表4.10.2中。
五、实验报告要求
1.整理实验数据，填入实验表格中。
2.画出实验中观察到的波形，比较其相位关系。 3.根据测试结果，说明两种差分放大电路性能的差异及其原因。
六、思考题
1、为什么要对差分放大器进行调零？调零时能否用晶体管毫伏表来指示输出
VO值?
2、对基本差分放大器而言，在VCC和VEE已确定的情况下，要使工作电流达到
某个预定值，应怎样调整？ 3、差分放大器的差模输出电压是与输入电压的差还是和成正比？
4、设电路参数对称，加到差分放大器两管基极的输入信号相等、相位相同时，
输出电压等于多少？
七、注意事项
1、为实验简单，测差分放大电路的差模电压放大倍数时，采用了单端输入方式。
若采用双端输入方式时，信号源需接隔离变压器后再与被测电路相接，如图
4.10.3所示。调节信号源输出电压并同时用交流毫伏表测量差动放大电路输入端A（或B）至地的电压，使VA=vId1（或VB=vId2)，即VAB=vId=2vId1
1、测量图4.10.1中镜像恒流源电流（即ICQ3和IREF），可通过测量R6两端电压降，然后换算得到。
2、测量静态工作点和动态指标前，一定要先调零（即v1=0时，使vO=0）
八、实验元、器件
集成差分对管 5G921S 一只 电容 100 μF 2只
电位器 100 Ω 1只，10 kΩ 1只
电阻 5.1 kΩ 3只，11 kΩ 1只， 1 kΩ 2只，100 Ω 2只
+
vS
－ Tr RS +
vId1
— +
VId2
— R2 R1 A
