本次實驗旨在研究一個(ge) 使用NPN晶體(ti) 管的簡單差分放大器。首先，我們(men) 需要做一些關(guan) 於(yu) 硬件限製問題的說明。ADALM2000係統中的波形發生器具有高輸出帶寬，該高帶寬代來了寬帶噪聲。由於(yu) 差分放大器的增益，本次實驗中測量所需的輸入信號電平相當小。如果直接使用波形發生器輸出，則其輸出的信號信噪比不夠高。通過提高信號電平，然後在波形發生器輸出和電路輸入之間放置衰減器和濾波器（圖1），可以改善信噪比。本次實驗需要如下材料：

►兩(liang) 個(ge) 100 Ω電阻

►兩(liang) 個(ge) 1 kΩ電阻

►兩(liang) 個(ge) 0.1 μF電容（標記為(wei) 104）

圖1.11:1衰減器和濾波器

本次實驗的所有部分都會(hui) 使用該衰減器和濾波器。

帶尾電阻的差分對

材料

ADALM2000主動學習(xi) 模塊

►無焊麵包板

►跳線

►兩(liang) 個(ge) 10 kΩ電阻

►一個(ge) 15 kΩ電阻（將10 kΩ電阻和4.7 kΩ電阻串聯）

►兩(liang) 個(ge) 小信號NPN晶體(ti) 管（2N3904或SSM2212 NPN匹配對）

說明

麵包板連接如圖3所示。Q1和Q2應從(cong) 您可用的且VBE匹配最佳的晶體(ti) 管中選擇。Q1和Q2的發射極與(yu) R3的一端連接在一起。R3的另一端連接到Vn (-5V)，提供尾電流。Q1的基極連接到第一個(ge) 任意波形發生器的輸出，Q2的基極連接到第二個(ge) 任意波形發生器的輸出。兩(liang) 個(ge) 集電極負載電阻R1和R2分別連接在Q1和Q2的集電極與(yu) 正電源Vp (5V)之間。差分示波器輸入（2+和2-）用於(yu) 測量兩(liang) 個(ge) 10 kΩ負載電阻上的差分輸出。

圖2.帶尾電阻的差分對

硬件設置

第一個(ge) 波形發生器配置為(wei) 200 Hz三角波，峰峰值幅度為(wei) 4 V，偏移為(wei) 0。第二個(ge) 波形發生器配置為(wei) 200 Hz三角波，峰峰值幅度為(wei) 4 V，偏移為(wei) 0 V，但相位為(wei) 180°。電阻分壓器將Q1和Q2的基極處的信號幅度降低到略小於(yu) 200 mV。示波器的通道1中的1+腳連接到第一個(ge) 波形發生器W1的輸出，1-腳連接到W2的輸出。通道2連接到圖中標注2+和2-的位置，並設置為(wei) 每格1 V。

圖3.帶尾電阻的差分對麵包板電路

程序步驟

采集如下數據：x軸是任意波形發生器的輸出，y軸是使用2+和2-輸入的示波器通道2。通過改變R3的值，探索尾電流電平對電路增益的影響（觀察通過原點的直線的斜率）和對線性輸入範圍的影響，以及當電路飽和時，觀察增益非線性下降的形狀。然後在基本電路上增加點小元件，例如發射極退化電阻，探索擴展和線性化輸入擺幅範圍的技術及其對電路增益的影響。

配置示波器以捕獲所測量的兩(liang) 個(ge) 信號的多個(ge) 周期。xy圖示例如圖4所示。

圖4.帶尾電阻的差分對xy圖

電流源用作尾電流

使用簡單電阻作為(wei) 尾電流具有局限性。應探索構建電流源來偏置差分對的方法。這可以由幾個(ge) 額外的晶體(ti) 管和電阻構成，如之前的ADALM2000實驗“穩定電流源”所示。

附加材料

►兩(liang) 個(ge) 小信號NPN晶體(ti) 管（Q3、Q4 = 2N3904或SSM2212）

說明

►麵包板連接如圖6所示。

圖5.帶尾電流源的差分對

硬件設置

第一個(ge) 波形發生器配置為(wei) 200 Hz三角波，峰峰值幅度為(wei) 4 V，偏移為(wei) 0。第二個(ge) 波形發生器也應配置為(wei) 200 Hz三角波，峰峰值幅度為(wei) 4 V，偏移為(wei) 0 V，但相位為(wei) 180°。電阻分壓器將Q1和Q2的基極處的信號幅度降低到略小於(yu) 200 mV。示波器的通道1的1+腳連接到第一個(ge) 波形發生器W1的輸出，1-腳連接到W2的輸出。通道2連接到標注2+和2-的位置，並設置為(wei) 每格1 V。

圖6.帶尾電流源的差分對麵包板電路

程序步驟

配置示波器以捕獲所測量的兩(liang) 個(ge) 信號的多個(ge) 周期。xy圖示例如圖7所示。

圖7.帶尾電流源的差分對xy圖

Measuring Common-Mode Gain

測量共模增益

圖8.共模增益配置

共模抑製是差分放大器的一個(ge) 關(guan) 鍵方麵。CMR可以通過將兩(liang) 個(ge) 晶體(ti) 管Q1和Q2的基極連接到同一輸入源來測量。圖10中的曲線顯示了當W1的共模電壓從(cong) +2.9 V掃描至-4.5 V時，電阻偏置差分對和電流源偏置差分對的差分輸出。輸入上的最大正擺幅以晶體(ti) 管的基極電壓超過集電極電壓和晶體(ti) 管飽和電壓的點為(wei) 限。這可以通過觀察晶體(ti) 管的集電極電壓相對於(yu) 地為(wei) 單端（即將2-示波器輸入接地）來檢查。

硬件設置

波形發生器配置為(wei) 100 Hz正弦波，峰峰值幅度為(wei) 8 V，偏移為(wei) 0。示波器的通道1的1+連接到第一個(ge) 波形發生器W1的輸出，1-連接到地。通道2連接到標注2+和2-的位置，並設置為(wei) 每格1 V。

圖9.共模增益麵包板電路

程序步驟

配置示波器以捕獲所測量的兩(liang) 個(ge) 信號的多個(ge) 周期。產(chan) 生的波形如圖10所示。

圖10.共模增益波形

問題：

對於(yu) 圖8中的電路，如果將晶體(ti) 管Q1的基極視為(wei) 輸入，該晶體(ti) 管放大器對於(yu) 輸出2+和2-而言是反相還是同相？

對於(yu) 同一電路，說明當輸入電壓(W1)增加時，每個(ge) 輸出電壓（2+和2-）會(hui) 發生什麽(me) 。另外請說明，當輸入電壓減小時會(hui) 發生什麽(me) 。