仿真结果:
由图可知仿真gm=9.6075mS 计算值为gm=39.1mS
2)将V3改为1V,再扫描V2,范围为0.8V~1.2V,并求出gm,与计算结果对照。 仿真结果:
由图可知仿真gm=4.4898mS 计算值为gm=39.1mS
3)将R1改为电流源,重复2。 仿真结果:
由图可知仿真gm=9.9904mS 计算值为gm=39.1mS
思考:a.在仿真1中,若V2的电压扫描范围改为0V~5V,测量电源电压V2和V3中的电流,即三极管的基极电流,与理论分析一致吗?硬件实验中,由于误操作,三极管基极可能接地或者接电源,若电流过大,可能导致晶体管损坏,如何避免这种误操作导致的基极电流过大? 仿真结果:
从图可知,当电压过大,基极电流会产生较大变化,与计算结果不一致。此时基极电压过大,使基极和发射极之间的二极管被击穿,基极电流不断变大。为避免二极管被击穿,因先测量各点电压再接入差分对管。
b. 比较仿真1和2,差模输出电流随V2的变化趋势一样吗?若有差异,原因是什么?
答:变化趋势相同,数值不同。两个电路的基极电压不同,导致工作点电流不相等,于是输出差模电流也不相等。
三、硬件实验。
1、按实验预习电路图在面包板上搭接电路。 1)测量电路各点的直流工作点,完成下表。 V1(V) V2(V) V3(V) V4(V) V5(V) 3.08 3.07 0.94 1.56 1.53 思考:若直流电压V1和V2不一样,可能是什么原因?如何调整电路可以使得输出直流电压V1和V2更加一致?
答:V1和V2有细微差别。由于电路在搭接时不能做到完全对称,导致差分对管工作电路不能完全相等,从而使VCC经过集电极电阻产生的压降不同。可在集电极串联小的补偿电阻,在不产生对增益大的影响的前提下使V1=V2。
2)通过信号发生器产生单端振幅为10mV,频率为2kHz的差模信号,观察波形图并计算差模增益。
波形图:
图中蓝色线为双端输出差模信号。
1240+1244Avd==62.1
40与仿真结果相符。 3)通过信号发生器输入单端振幅为10mV,频率为2kHz的共模信号,观察波形。 波形图:
从图中可观察到两路输出的信号具有相同的相位,符合共模特征。
2. 差模传输特性
在面包板上设计电路,并测试差模传输特性。R7为0~10kΩ可变电阻。
1)R4=R5=1kΩ, 手动调节可变电阻R7,逐点测量节点8电压,节点4及节点7的电压差(通过该电压差计算差模电流)。根据测量数据,以节点8电压为X轴,差模输出电流为Y轴,得到电路的差模传输特性,并在差模输出电流0附近测量其斜率,即放大器跨导。 测量结果: V8(V) 1.7 1.69 1.68 1.67 1.66 1.65 1.64 1.63 1.62 1.61 1.6 1.59 1.58 1.57 1.55 1.53 1.5 V4(V) 4.86 4.85 4.83 4.82 4.78 4.71 4.68 4.59 4.5 4.35 4.21 4.01 3.87 3.67 3.46 3.2 3.04 V7(V) 2.78 2.82 2.88 2.93 3.01 3.09 3.14 3.26 3.4 3.58 3.78 3.91 4.02 4.18 4.47 4.67 4.82 V4-V7(V) 2.08 2.03 1.95 1.89 1.77 1.62 1.54 1.33 1.1 0.77 0.43 0.1 -0.15 -0.51 -1.01 -1.47 -1.78 I2-I3 1.04 1.015 0.975 0.945 0.885 0.81 0.77 0.665 0.55 0.385 0.215 0.05 -0.075 -0.255 -0.505 -0.735 -0.89 作图:
计算得gm=12.5mS.
2)令R4=R5=20kΩ,重复1)。 测量结果: V8(V) 1.5 1.53 1.55 1.57 1.58 1.59 1.6 1.61 1.62 1.63 1.64 1.65 1.66 1.67 1.68 1.69 1.7 V4(V) 3.2 3.4 3.64 3.89 4.06 4.16 4.27 4.43 4.52 4.58 4.65 4.73 4.8 4.81 4.82 4.84 4.86 V7(V) 4.73 4.48 4.24 3.91 3.8 3.75 3.58 3.44 3.3 3.23 3.11 3.04 2.98 2.91 2.87 2.84 2.79 V4-V7(V) -1.53 -1.08 -0.6 -0.02 0.26 0.41 0.69 0.99 1.22 1.35 1.54 1.69 1.82 1.9 1.95 2 2.07 I2-I3 -0.765 -0.54 -0.3 -0.01 0.13 0.205 0.345 0.495 0.61 0.675 0.77 0.845 0.91 0.95 0.975 1 1.035 作图: