模拟电子技术 课程设计 差分放大器

差分放大器实验报告差分放大器实验报告引言差分放大器是一种常见的电路，广泛应用于模拟电路和信号处理领域。

本实验旨在通过搭建差分放大器电路并进行测试，探究其工作原理和性能特点。

一、实验原理差分放大器是由两个共尺度的放大器组成，分别对输入信号进行放大后再作差。

其主要特点是具有较好的抑制共模干扰能力和较高的增益。

差分放大器的工作原理如下：1. 差模放大差分放大器的输入信号分为差模信号和共模信号。

差模信号是两个输入信号之间的差值，而共模信号是两个输入信号之和的一半。

差分放大器会将差模信号放大，而对共模信号进行抑制。

2. 共模抑制比共模抑制比是衡量差分放大器抑制共模信号能力的指标。

通常用分贝（dB）来表示，计算公式为：CMRR = 20log10(差模增益/共模增益)。

共模抑制比越大，说明差分放大器对共模信号的抑制能力越强。

二、实验器材和步骤实验器材：1. 功放芯片2. 电阻、电容等被动元件3. 示波器4. 函数信号发生器5. 直流电源实验步骤：1. 搭建差分放大器电路，包括两个放大器、输入电阻、反馈电阻等元件。

2. 连接示波器和函数信号发生器，用于输入和观测信号。

3. 打开直流电源，调节电压至适当数值。

4. 调节函数信号发生器，输入差模信号和共模信号。

5. 观察示波器上的输出波形，并记录数据。

6. 根据记录的数据，计算差分放大器的增益和共模抑制比。

三、实验结果与分析通过实验，我们得到了差分放大器的输出波形和相关数据。

根据这些数据，我们可以计算出差分放大器的增益和共模抑制比。

1. 增益差分放大器的增益可以通过测量输出信号的峰值电压和输入信号的峰值电压来计算。

增益的计算公式为：差分增益 = 输出峰值电压 / 输入峰值电压。

根据实验数据，我们可以得到差分放大器的增益值。

2. 共模抑制比共模抑制比的计算需要用到差分增益和共模增益的值。

根据实验数据，我们可以计算出共模抑制比的数值，并进行比较分析。

通过对实验结果的分析，我们可以得出差分放大器具有较高的增益和较好的共模抑制能力。

一、设计要求低频增益: > 80 dB；单位增益带宽: > 50 MHz；负载电容: =5pF（可调整）；相位裕量: >60°；增益裕量: >12dB。

二、电路结构的选择1.共源共栅结构：运算放大器的的结构主要有三种:(1)简单两级运放；(2)折叠共源共栅；(3)共源共栅。

共源共栅放大器的特点：(1)结合了CS、CG放大器的优点，Av较大且频带宽；(2)输出电压摆幅因层叠的MOS管而有所损失，在低电源电压运用中是致命的；（3）在低电源电压电路中共源共栅结构因为要消耗过多的电压余度运用较少，此时需要多级CS放大器才能达到需要的增益，这会给放大器的补偿带来更大困难。

折叠式共源共栅放大器的特点：(1)与套筒式结构相比，输出电压摆幅较大些；(2)折叠式共源共栅放大器的功耗较大、电压增益较低、极点频率较低、噪声较高；(3)可使输入共模电平接近电源供给的一端电压。

2.反相放大器：COMS反相器通常由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。

通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。

COMS反相器具有如下特点：(1)静态功耗极低。

在稳定时，COMS反相器工作时，总有一个MOS管处于截止状态，流过的电流为极小的漏电流。

(2)抗干扰能力强。

由于其阈值电压近似为0.5VDD，输入信号变化时，过渡变化陡峭，所以低电平噪声容限和高电平噪声容限近似相等，且随电源电压升高，抗干扰能力增强。

(3)电源利用率高。

VOH=VDD，同时由于阈值电压随VDD变化而变化，所以允许VDD有较宽的变化范围。

(4)输入阻抗高，带负载能力强。

本设计采用共源共栅结构和反相放大器级联的方式来达到设计要求。

首先采用共源共栅结构作为差分当大器的第一级，承担主要的放大能力以及尽可能宽的单位增益带宽。

反相器作为第二级主要作为阻抗匹配，提高输出的带载能力，同时具有放大功能。

同时在第二级输入和输出之间加入串联RC负反馈网络，作为频率补偿，提高系统的稳定性，防止放大器自激。

模拟集成电路课程设计--差分放大器设计报告设计报告姓名：徐彭飞学号：201221030137 姓名：杨萍学号：201250300004差分放大器设计报告设计内容：设计一个差分放大器的模拟集成电路模块，给出电路原理图，对电路进行直流、交流、瞬态分析并给出仿真结果，给出简单的集成电路版图。

差分放大器的性能指标：1、负载电容CL=2pF2、VDD=5V3、放大管的Vdsat=200±30mV4、对管的m取4的倍数5、低频开环增益>1006、GBW>25MHz7、PM>608、共模输入范围模输入范围>3V一、电路原理图：器件尺寸：M0、M1的尺寸：M=4, W/L=2/2 M2的尺寸：M=2W, /L=W/L2/22/2 M5的尺寸：M1=1W, /L2=/22/2 M3、M4的尺寸：M=4, W/L=2/2 vp：正输入端 vn：负输入端二、电路原理图符号：三、仿真时的Power电路：四、差分放大器的DC/AC仿真（一）放大器的DC/AC仿真电路原理图：正输入端vp：加激励信号，DC＝2.5，AC magnitude＝1V 负输入端vn：大电阻（1G）、大电容（1F）反馈I3：提供电流源C2：放大器的负载大器的负载R0：1GC0：1FI0：调用Power（二）MOSFET的直流工作点：（三）交流分析得到的带宽、增益、相位裕度：五、单位增益接法的放大器电路的瞬态仿真（一）单位增益接法的放大器电路原理图：输入为阶跃脉冲信号（二）瞬态仿真输出波形（三）直流扫描（输出电压随直流量的变化）六、简单的电路版图。

东南大学模电实验四-差分放大器........................................实验四差分放大器实验目的：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V BE(on)=0.55, β=500，|V A|=150 V，试求该电路中晶体管的静态电流I CQ，节点 1 和 2 的直流电压V1、V2，晶体管跨导g m，差模输入阻抗R id，差模电压增益A v d，共模电压增益A v c和共模抑制比K CMR，请写出详细的计算过程，并完成表4-1。

表图 4-1. 差分放大器实验电路4-1：二、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：I CQ（mA）V1（V）V2（V）V3（V）V5（V）V6（V）1.001252.99750 2.99750 1.0034 1.57651 1.55492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A v d，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1 10 20（mV）A v d -72.95-70.00-63-28.015-8.265-3.160基波功率P1(dBm)-97.239-57.378-46.000二次谐波功率P2(dBm)-103.321-43.025-26.382三次谐波功率P3(dBm)仿真设置：Simulate →Run，也可以直接在Multisim 控制界面上选择运行。

模拟电路课程设计报告题目：差分放大器设计专业年级：2012级通信工程组员：20121342104 王开鹏20121342105 王娜20121342107 王象指导教师：方振国2014年11月27日差分放大器设计一、实验内容设计一具有恒流源的单端输入一双端输出差动放大器。

VCC =12V，VEE=－12V，R L =20kΩ，Uid=20Mv。

性能指标要求R id>25kΩ，A vd≥25，K CMR>60Db。

二、实验原理图3.3.31、恒流源差分放大器在生产实践中，常需要对一些变化缓慢的信号进行放大，此时就不能用阻容耦合放大电路了。

为此，若要传送直流信号，就必须采用直接耦合。

差分式直流放大电路是一种特殊的直接耦合放大电路，要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同、各对应电阻值相等。

为了改善差分式直流放大电路的零点漂移，利用了负反馈能稳定工作点的原理，在两管公共发时极回路接入了稳流电阻R E和负电源V EE，R E愈大，稳定性愈好。

但由于负电源不可能用得很低，因而限制了R E阻值的增大。

为了解决这一矛盾，实际应用中常用晶体管恒流源来代替R E，形成了具有恒流源的差分放大器，电路如图3.3.3所示。

具有恒流源的差分放大器，应用十分广泛。

特别是在模拟集成电路中，常被用作输入级或中间放大级。

图3.3.3中，V1、V2称为差分对管，常采用双三极管，如5G921、BG319或FHIB等，它与信号源内阻R b1、R b2、集电极电阻R Cl、R C2及电位器RP共同组成差动放大器的基本电路。

V3、V4和电阻R e3、R e4、R共同组成恒流源电路，为差分对管的射极提供恒定电流I o。

电路中R1、R2是取值一致而且比较小的电阻，其作用是使在连接不同输入方式时加到电路两边的信号能达到大小相等、极性相反，或大小相等、极性相同，以满足差模信号输入或共模信号输入时的需要。

晶体管V1与V2、V3与V4是分别做在同一块衬底上的两个管子，电路参数应完全对称，调节RP 可调整电路的对称性。

实验三—差分式放大电路实验内容：一、典型差分式放大电路性能测试实验电路如图，开关K拨向左边构成典型差分式放大电路。

1.测量静态工作点①调节放大电路零点信号源不接入。

将放大电路输入端A、B与地短接，接通±12V直流电源，用万用表测量输出电压Vo，调节调零电位器Rp，使Vo=0.调节要仔细，力求准确。

②测量静态工作点零点调好后，用万用表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端的电压VBE，记录表中。

2.测量差模电压增益断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大电路输入A端，地端接放大电路输入B端构成差模输入方式，调节输入信号为频率f=1KHz的正弦信号，并使输出旋钮置零，用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）。

接通±12V直流电源，逐渐增大输入电压Vi（约100mV），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表Vi,V C1,V C2,记录在表中，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V BE 随Vi改变而变化的情况。

2.测量共模电压增益将差分放大电路A、B短接，信号源接在A端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号f=1KHz,Vi=1V,在输出电压无失真的情况下，测量V C1、V C2的值记录下表，并观察vi,vc1,vc2之间的相位关系及V RE随Vi改变而改变的情况。

二、具有恒流源的差分放大电路性能测试将电路图中的开关K拨向右边，构成具有恒流源的差分式放大电路，重复一——2、3实验内容的要求，记录入上表。

典型差分式放大电路vi,vc1,vc2的图像：共模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系差模输入左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系具有恒流源的差分放大电路vi,vc1,vc2的图像：差模输入vi与vc1相位关系左图——vi与vc1相位关系右图——vc1与vc2相位关系在共模输入时，V i增大，V RE增大；差输入时，V RE很小，V i变化时，V RE变化不明显。

武汉理工大学模拟电子技术课程设计电子信息工程学院课程设计〔模拟电子技术基础〕题目学生姓名学号专业名称指导教师2020年12月名目1、摘要 (3)2、前言 (3)3、任务设计书 (3)4、设计方案比较 (4)5、电路原理 (5)6、调试 (5)7、结论 (6)8、参考文献 (6)函数信号发生器的设计1、摘要：需要产生各种波形，矩形波，正弦波，三角波，要求频率范畴10HZ—100HZ，100HZ—1KHZ，1KHZ—10KHZ都能达到。

产生的方法要紧利用运算放大器或专用的模拟集成电路，配以少量的外接元件能够构成各种类型的信号发生器。

关键词：运算放大器；振荡；波形；调试2、前言：在一些模拟电子电路中，常常需要各种波形的信号，如正弦波、三角波、方波等，作为测试信号或操纵信号，为了使所采集的信号能够用于测量、操纵、驱动负载等，常常需要将信号进行变换设计一个能发生三种常见波形的电路，是以模拟电子技术为基础的一门综合课程设计。

设计的函数信号发生器要紧运用了波形的产生的条件和信号的转换的相关知识，比较典型的波形产生电路如RC文氏电桥振荡器等，以及典型的波形转换电路如迟滞比较器〔正弦波—方波〕、积分器〔方波—三角波〕以及比较器〔方波〕、积分器〔三角波〕、差分放大〔正弦波〕构成的组合电路，这次设计只是初步了解波形的产生过程和波形之间的转换，并没有做深入的研究。

下面要紧针对这两种电路进行分析，选择搭建电路。

3、设计任务书：设计任务与要求：1〕正弦波—三角波—方波发生器2〕安排调试测量试验结果3〕写出完整的设计及实验调试总结报告技术指标：1〕频率范畴10HZ—100HZ，100HZ—1KHZ，1KHZ—10KHZ2〕频率操纵方式：通过改变RC时刻常数手控信号频率3〕输出电压正弦波峰峰值3V ，连续可调三角波峰峰值5V ，连续可调方波峰峰值14V，连续可调4〕波形特点正弦波谐波失真小于3%三角波非线性失真小于1%方波上升时刻小于2us5〕扩展部分功率输出矩形波波形占空比50%—95%连续可调锯齿波斜率连续可调4、设计方案比较：方案一：C3C1方案二：u5、电路原理：下面对以上两方案进行分析，并得出所要选择的方案： 方案一：本方案的电路图由RC文氏电桥振荡器、迟滞比较器、积分器三部分组成。

实验差分放大电路一：设计题目：长尾式差分放大电路二：设计指标：双端输出时，差模电压放大倍数：|A d|=20~30,共模电压放大倍数：|A c|~0;单端输出时，A d1=,A d2=,|A c1|=|A c2|=0~1;输出电阻：R o=40~50KΩ。

三：实验目的：（1）加深对差动放大器的性能和特点的理解。

（2）学习差动放大器的主要性能指的标标的测试方法。

（3）了解电路产生零漂的原因和抑制方法。

（4）学会调节差分放大电路的静态工作点。

（5）掌握差分放大电路的双端输入，单端输出的共模电压放大倍数和共模抑制比的测试方法。

（6）掌握差分放大电路在不同输入，输出模式时差模电压放大倍数的测试方式四:实验仪器与器件（1）计算机。

（2）Multism仿真软件。

（4）数字电压表。

（5）双踪示波器。

（6）交流毫伏表。

（７）12V的直流电源。

（８）函数信号发生器。

（９）晶体三极管，电阻，电容等五：预习要求:1．根据直流稳压电源的技术指标要求，按照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标要求的稳压电源。

根据设计与计算的结果，写出设计报告。

2．制定出实验方案，选择实验用的仪器设备，：六、设计原理：为了充分利用集成电路内部元件参数匹配较好、易于补偿的优点，输入级大都采用差分放大电路形式。

1、将两个电路结构、参数均相等的单管放大电路组合在一起，就成为差分放大电路的基本形式，如图（a），输入电压u I1和u I2分别在两管的基极，输出电压等于两管的集电极电压之差。

a.差分放大电路的基本形式在理想情况下，电路中左右两部分三极管的特性和电阻有参数均完全相等，则当输入电压等于零时，U CQ1=U CQ2,故输出电压U O=0。

如果温度升高使I CQ1增大，U CQ1减小，则I CQ2也将增大，U CQ2也将减小，而且两管变化的幅度相等，结果VT1的VT2输出端的零点漂移将互相抵消。

2、为了进一步减小每个管子输出端的温漂，设计了长尾式差分放大电路。

模拟电路差分放大器差分放大器是模拟电路中常见的一种放大电路，它能够将输入信号放大并产生相对输出信号。

本文将介绍差分放大器的原理、结构、工作方式以及应用领域，并探讨其特点和优势。

一、差分放大器的原理差分放大器是基于差动放大器的原理设计而成的，它由两个互补的放大器组成。

一个放大器接收正输入信号，另一个放大器接收负输入信号，然后两个放大器的输出信号进行相减，得到差分放大器的输出信号。

差分放大器的输入是通过差模输入来实现的，即正输入端和负输入端之间的电压差。

当输入端电压差趋近于零时，差分放大器的增益最大，输出信号最稳定。

二、差分放大器的结构差分放大器通常由三个主要部分组成：差分输入级、差分放大级和输出级。

1. 差分输入级：差分输入级由两个输入晶体管组成，一个用于接收正输入信号，另一个用于接收负输入信号。

这两个晶体管通过共射极的方式连接，并通过电流镜电路进行偏置。

2. 差分放大级：差分放大级通常由驱动晶体管和负载电阻组成。

驱动晶体管将输入信号放大，并传递给负载电阻。

3. 输出级：输出级通常由一个共射放大器组成，它对差分放大级输出的信号进行进一步放大，并将其传递给负载电阻，最终得到输出信号。

三、差分放大器的工作方式差分放大器的工作方式可分为静态工作和动态工作两种情况。

1. 静态工作：在静态工作状态下，差分放大器会将输入信号放大，并产生相对输出信号。

此时输入信号的幅度较小，通常在毫伏级别，差分放大器的增益较大。

2. 动态工作：在动态工作状态下，差分放大器可以应对更大幅度的输入信号，通常在几伏至数十伏之间。

差分放大器能够放大差模信号，同时将共模信号抑制到最小，保持输出的稳定性。

四、差分放大器的应用领域差分放大器在模拟电路中具有广泛的应用领域，常见的包括：1. 信号放大：差分放大器可用于放大微小信号，如传感器输出的低电压信号。

2. 通信系统：差分放大器可用于实现高速数据传输和抑制噪声干扰。

3. 模拟滤波：差分放大器可用于模拟滤波器的设计，滤除不需要的频率成分。

模拟电路差分放大器设计差分放大器是模拟电路中常见的一种放大器电路，广泛应用于信号放大、抗干扰等领域。

本文将介绍差分放大器的设计原理和步骤。

1. 设计原理差分放大器是由两个共模输入端和一个差模输入端组成的放大电路。

其主要特点是可以增大差模输入信号的幅度，同时抑制共模信号的幅度。

2. 设计步骤首先，选取合适的差分放大器芯片，常用的有LM741、OPA177等。

第一步，确定电路的工作电源，通常使用正负双电源供电方式。

根据芯片的规格书，确定合适的电源电压范围。

第二步，确定输入电阻和负载电阻。

选择适当的电阻值，使得输入电阻与负载电阻满足设计要求。

第三步，确定差模输入电阻。

理想情况下，差模输入电阻应为无穷大。

但实际中会存在一定的差模输入电流，因此要根据实际情况选择合适的差模输入电阻。

第四步，确定共模电压增益。

差分放大器的关键指标是共模抑制比，通常使用分贝（dB）作为单位。

根据设计要求，确定合适的共模电压增益。

第五步，确定差模电压增益。

差模电压增益决定了放大器对差模输入信号的放大程度，根据设计要求选择合适的差模电压增益。

第六步，确定偏置电流。

偏置电流的选择直接影响差分放大器的性能，通常要使得差分放大器的工作点稳定在最佳状态。

第七步，确定频率特性。

根据应用场景，选择合适的差分放大器的频率范围。

3. 总结差分放大器是模拟电路中常用的放大器电路，通过设计合适的差分放大器电路，可以实现信号的增大和抗干扰能力的提高。

需要根据实际需求选择合适的差分放大器芯片，并按照设计步骤确定各个参数的取值，以获得满足要求的差分放大器电路。

设定好电路的工作电源、输入电阻和负载电阻、差模输入电阻、共模电压增益、差模电压增益、偏置电流和频率特性等参数，可以得到稳定而高效的差分放大器电路。

总之，差分放大器是一种功能强大的模拟电路，通过合理的设计和调整参数，可以实现对差模信号的放大和对共模信号的抑制，提高信号的质量和可靠性。

在实际应用中，需要根据实际需求选择合适的差分放大器芯片，并按照设计步骤确定各个参数的取值，以获得满足要求的差分放大器电路。

模拟CMOS集成电路设计第四章差分放大器剖析第四章差分放大器是模拟CMOS集成电路设计中的重要内容。

差分放大器是一种基本的电路结构，用于放大差分信号，具有功率增益高、抗干扰能力强等特点。

在本章中，将对差分放大器的原理、结构以及常用的设计方法进行剖析。

差分放大器的基本原理是利用两个互补的输入信号来放大差分信号，以提高共模信号的抵抗能力。

其硅上集成电路结构是由两个互补的差分对称结构组成，输入端与输出端相互交错连接。

在输入端，通过两个电流源提供定电流给差分对称结构，从而形成了输出端的差分输出信号。

通过合理的电路设计和调整输入电流、电压等参数，可以实现差分放大器的不同功能和性能。

差分放大器的结构主要由输入级、中间级和输出级组成。

输入级主要起到放大差分信号的作用，输入对称性好，起到抵消共模信号的作用。

中间级是为了提高放大倍数和频率响应而设计的，起到归一化和驱动输出级的作用。

输出级是为了放大电流而设计的，输出电流只与力度源的电流有关，可以通过调整力度源的电流大小来改变输出电流。

在差分放大器的设计中，需要注意一些关键的参数和指标。

其中，差分增益是指输入差分信号与输出差分信号之间的比例关系，一般用dB来表示。

共模抑制比是指在输入信号中存在共模信号时，输出信号中共模信号的相对衰减程度，一般用dB来表示。

输入偏置电流是指输入电流偏离理想值的程度，一般用nA级别来表示。

输入电阻和输入电容是指输入端对于差分信号和共模信号的阻抗和容性，一般用Ω和F来表示。

在差分放大器的设计中，可以采用多种方法来实现不同的功能和性能。

例如，可以通过引入电流源、电阻、电容等器件来调整放大倍数和频率响应。

可以通过选择不同的电流源来改变差分放大器的工作模式，例如共基极模式、共射极模式等。

可以通过串联和并联电阻、电容等元件来调整放大器的输入和输出阻抗。

可以通过使用不同的差分对称结构来实现不同的特性，例如双极性、互补型等。

综上所述，差分放大器是模拟CMOS集成电路设计中的重要内容。