3、放大特性分析
当差分放大器的两个输入端输入一对差模信号（大小相等，极性相反）时，与差分放大器的4种接法对应的差模电压增益Avd、差模输入电阻Rid，差模输出电阻Rod的关系如表3.4.1所示。
以上说明，4种连接方式中双端输出时的差模特性完全相同。单端输出时的差模特性也完全相同，不仅是双端输入还是单端输入，其输入电阻Rid均相同。
差模电压增益Avd的测量方法是：输入差模信号为Vid20mV，?1=100Hz正弦波。用双踪示波器分别测量VC1及VC2，它们应是一对大小相同，极性相反的不失真的正弦波，用晶体管毫伏表或示波器分别测量VC1、VC2的值
1）差模电压放大倍数
对于差模信号，由于Uid1 = －Uid2，故射极电阻Re上的电流相互抵消，其压降保持不变，即 ?UE = 0，可得到差模输入时的交流等效电路， 如图2所示，由于电路对称，每个半边与单管 Rc Rc 共射极放大器完全一样。 Uod1 Uod2 双端输入——双端输出差分放大器的差模 电压放大倍数为： T1 T2 Aud?Uod Rb Rb UidUod1?Uod2 Uid1 Uid2
Uid1?Uid22Uod1 图2 差模输入时的交流等效电路 2Uid1??Rc?Au （1）
Rb?rbe ?
? ?可见Aud与单管共射极放大器的电压放大倍数Au相同。
考虑负载RL后，双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：
???RL??Au? Aud （2） Rc Rc Rb?rbe??Rc// 式中RL1RL Uoc1 Uoc2 2双端输入——单端输出差分放大器的差模电压放大倍数为： T1 T2 UU?Rc Aud1?od1?od1?? （3） Rb1 Rb2 Uid2Uid12(Rb?rbe)2）共模电压放大倍数 2Re 2Re 当输入共模信号时，Re上的压降为?UE=2?IERe， Uic 在画等效电路时把两管拆开，流过射极电路的电流 为?IE，为了保持电压?UE不变，应把每管的发射极 电阻Re增加一倍，因此共模输入时的交流通路如
图3所示。当从两管的集电极输出时，如果电路完全对称，则输出电压Uoc= Uoc1－Uoc2= 0，因此双端输出时的共模电压放大倍数Auc为： Auc?UocUoc1?Uoc2??0 （4） UicUic 如果采用双端输入——单端输出的方式，则共 图3 共模输入时的交流通路
模电压放大倍数为：
U?Rc Auc1?oc1?? （5）
UicRb1?rbe?(1??)2Re通常 ? ?? 1，2?Re ?? Rb1 + rbe，故上式可简化为： Auc1??Rc （6） 2Re从上述讨论可知，共模电压放大倍数越小，对共模信号的抑制作用就越强，放大器的性能就越好。在电路完全对称的条件下，双端输出的差分放大器对共模信号没有放大能力，完全抑制了零点漂移。实际上，电路不可能完全对称，Auc并不为零，但由于Re的负反馈作用，对共模信号的抑制能力还是很强的。在Re取值足够大的情况下，即使是单端输出，也能把Auc1压得很低。如果电路不对称，则（4）式不为零，所以双端输入——双端输出时的Auc应写成： Auc = Auc1 －Auc2 （7）
3． 共模抑制比
共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即：
CMRR?Aud （8） Auc共模抑制比说明了差分放大器对共模信号的抑制能力，其值越大，则抑制能力越强，放大器的性能越好。
对于单端输出电路，由（3）式与（6）式，可以得到共模抑制比： CMRR?Aud1?Re? （9） Auc1Rb?rbe上式表明，提高共模抑制比的主要途径是增加Re的阻值。但当工作电流给定后，加大
Re势必要提高 ?EC? 。 +12V
为了在不用提高 ?EC?的情况下 ， 能够显著地增大Re，可用晶体管构成 Rb11 Rc1 Rc2 Rb12 R2 的恒流源来代替Re，如图4中所示的 RL T3，只要保证T3的UCEQ ?（1 ~ 2）V， Uo1 Uo2 则T3管“集—射”之间的交流阻抗可 Ui1 Rb21 Rb22 达几十k ?~ 几M?。 T1 T2 图4电路中的元件值分别为： Rw Rb11 = Rb12 = 300k?， R Rb21 = Rb22 = 22 k?， Rc1 = Rc2 = 10k?， T3 R = 510?，R2 = 270 k?， R Re3 2CW1S Re3 = 1.2 k?，RL = 100 k?， RW为150?电位器，T3为3DG6， Ui2 –12V T1、T2为3DG6对管，
2CW1S为稳压管。 图4 具有恒流源的差分放大器
共模抵制比KCMR的测量方法如下：当差模电压增益Avd测量完成后，将放大器的①端与②端相连接，输入Vic=500mV，?1=100Hz的共模信号，如果电路的对称性很好，恒流源恒定不变，则Vc1或Vc2的波形近似于一条水平直线，共模放大倍数AVC=0，则共模抵制比KCMR为：
KCMR?Avd?co （10） Avc如果电路的对称性不好，或恒流源的特性不好，则这时Vc1、Vc2，或Vc1+Vc2不为零，共模电压增益Avc也不为零，在测出了Vc1、Vc2，或Vc1+Vc2后，放大器的共模抵制比也就可求了。
四、设计举例：
例：设计一具有恒流源的单端输入一双端输出差分放大器 已知条件：Vcc=+12V，VEE=-12V，RL=20ke，Vid=20mV 性能指标要求：Rid＞20kΩ，Avd≥20，KCMR＞60dB 解：（1）确定电路连接方式及晶体管型号
题意要求共模抵制比较高，这要求电路的对称性要好，故可采用ET集成差分对管BG319，其内部有4只特性特性完全相同的晶体管，引脚如图3.4.5所示，图3.4.6为具有恒流源的单端输入一双端输出差分放大电器电能：其中VT1、VT2、VT3、VT4、为GB319的4只晶体管，可以测得，β1=β2=β3=β4=60。
差分放大器的静态工作点主要由Io决定，故一般总设定Io，Io取值的不能太大，Io越小，恒流源越恒定，但也不能太小，一般为儿毫安左右。
roc?300?(1??)26mV?3.4k? 要求Rid＞kω，由表3.4.1可得：
(IO/2)mARid=2(RB1+roc)＞20kΩ
则RB1＞6.6kΩ，取RB1=RB2=6.8kΩ
Acd???RC?20
BB2?roc取Aid=30 测得RL=6.7kΩ
由表3.4.1得，RL=Re//R2/2，则可得Re=20.3kΩ，取Rc1=Rc2=20kΩ。故 要求Avd＞20，由表3.4.1可得
这里取Io=1mA，则有IR=Io=1mA ，Ic1=Ic2=Io/2=0.5Ma，故Vc1=Vc2=Vcc-IcRc=2V这里Vc1、Vc2分别为VT1、VT2集电极对地的电压，而基极对地的电压VB1、VB2为
VB1?VB2?Ic
VB1=VB2=-0.7V
?RB1?0.08V?0 则
射极电阻Rp1不能太大，否则负反馈太强，使得器放大器增益很小，一般取100Ω左右的电位器，以便调整电能的对称性，现取RP1100Ω。对恒流源电路，其静态工作点及文件参数计算中心如下。
IR?IO??VEE?0.7
R?RERE+R=11.3kΩ
射极电阻RE一般取儿千欧，这里取RE3+RE4=2K，则R=9.3kΩ，为调整Io方便，R用5kΩ固定电阻与10k电位器RP2律联组成。
（3）静态工作点的调整方法
不加输入信号Vid，用万用表测量VT1、VT2的集电极对地的电压VC1、VC2。如果电路不对称，则Vc1与Vc2不等，应调整RP1，后Vc1=Vc2。再测量电阻RC1两端的电压，并调节RP2后，以满足设计要求值（如1mA）。由于后为设定值，不一定使两！！结管均工作在放大状态，所以要用万用表分别测量VT1、VT2的各极对地的电压，这时VBE=0 .7V，VCE名为正n伏电压。如果VT1、VT2已经工作在放大状态，再利用差模传输特性曲线，又是测电路的对称性，并调整静态工作点Io的值。方法是，将输入端①输入差模信号Vid=20mV，测量电路如图3.4.3所示，进一步调节RP1、RP2使传输特性曲线尽可能对称。待电路的差模特性曲线对称后，移去信号源，再用万用表测量各之极管的电压值。
五、设计任务
1．设计课题：具有恒流源的单端输入——单端输出差分放大器设计 2．已知条件：Vcc=+12V，VB2=-12V，RL=20kΩ，Vid=20mV，?i=100Hz
BG319 1只
3．性能指标要求：Rid＞10kΩ，Au＞15，KCMR＞50dB 六、研究与思考
1．使RP1=0，即用导线将RP1短接，传输特性曲线有何变化，为什么？如果用两只100Ω的电阻代替RP1传输特性又有什么变化？为什么？
2．如果用一固定电阻Rc=10kΩ代替恒流源电路，即将Rcd接在—UBE与RP1的滑动端之间，Uic=500mV，共模输入，观察Uc1与Uc2的波形，其大小、极性及其模抵制比KCMR与恒流源电路相比有何区别，为什么？
3．加大Io，观察电路特性的变化，体会一下为什么Io不能太大。
4.差动放大器中Re和恒流源起什么作用？提高Re受到什么限制？ 5.可用什么方法来提高差动放大器的共模输入电阻，举例说明。
七、实验设备及器件
1．万用表（500HA型）
1块
2．低频信号发生器（XD-2或XD-1022） 3．晶体管毫伏表（DA-16型） 4．直流稳压电源（HT-1712?） 5．通用实验面包板（SPJ-4）
1台
1台 1台 1块 1台 4支
6．示波器（SS-6702或SSI-2220T） 7．主要器件：3DG6，9013等 八、实验内容及步骤 1．静态调测 （1）调零
将两个放大管输入端接地；调整电路使输出为零。请正确选择测试点和仪表，以及适当的测试量程。
（2）测试与记录静态工作点数据（ICQ，UCQ） 2．测量差模增益
要求测量单端入的二种情况。
（1）单端输入单端输出的差模增益的测试。请适当选择测试仪表和输入信号的大小及频率。
已知XD2型信号发生器的内阻在40 dB档时约为50 Ω，在50 dB档时约在15Ω，在60 dB档时约为5Ω；XD22型信号发生器的内阻为600Ω。
（2）单端输入双端输出的差模增益的测试。 请正确选用仪表和测试方法。 （3）共模抵制比CMRR的测试。
要求正确选用仪表和测试信号（要求使用示波器监测并注意输入信号不能太小）。 3、实验报告要求
1．）报告中一定要在实验步骤中写清楚正确的测试方法。 2．）对体会较深的问题进行分析讨论。