摘要：设计了差动放大器的教学电路，研究了电阻负载和恒流源负载的差动放大器的特性。 实验电路切换简单，测量方便，易于实践。 利用Multisim 10模拟了电路，推算了两种差动放大器电路的静态工作点、差动模式电压放大率、共模电压放大率及共模抑制比等。 实验结果表明，该电路实现了两端输出的单端输出线路，达到了电路的转换目的。
0引言
为了提高系统的性能，必须从放大器开始。 差动放大器是平衡对称电路，特别适合在集成电路中使用。 差动放大器有2个输入端子和2个输出端子。 在模拟集成电路中，差动放大电路是应用最广泛的单元电路。 不仅可以与另一级差动放大器直接级联，还具有优良的差动模式输入特性。 它几乎是所有集成电路、数据放大器、模拟乘法器等电路的输入级[1]。 在多级直接耦合放大器中，由于零点漂移引起的输出噪声，放大器无法放大微弱的信号进行输出。 输入电平的零点偏移是产生这种噪声的主要原因。 零点漂移也称为温漂移，在放大电路的输入信号为零，即交流电力未输入的情况下，受温度变化、电源电压不稳定等的影响，静态工作点发生变化，阶段性放大传输，电路的输出端电压偏离原来的固定值而上下漂移为了简化电路，便于集成，将电阻负载差动放大器的两端输出转换为有源负载差动放大器的一端输出，在保证共模抑制(零点漂移)的基础上，提高了差动增益。
1理论分析和实验结果
图1是本实验方案的差动放大器的结构图，使用Multisim 10[2-3]模拟电路。 用开关S1~S5控制，选择不同的偏置电路和负载电路进行实验研究。 由于晶体管内部参数的不均匀性，需要用平衡电阻Rw调节[4-5]。 T1和T2管通过发射极电阻Re相互连接实现差动功能，但为了提高电路的温度稳定性、降低零点漂移、克服两管参数的不对称性、提高电路对共模信号的抑制能力等，一般需要选择大电阻Re。 电感L1和电容器C1是电源去耦电路，用于消除共电耦合[6]。
将开关S3和S4连接到集电极电阻侧，作为电阻负载电路的差动放大器。 开关S1和S2将信号源u1和u2设置为零，开关S5用于选择单端输出或双端输出。 调节平衡电阻Rw，根据电路的综合考虑，Rw一般选择数百欧姆，本方案中Rw=400 [5]。 使负载R4两端的输出电压为零，实测值R4的两端电压Uo=10.36？ 滋v，小，可以无视。 将开关S3、S4向另外一方连接，作为有源负载差动放大器电路； S5接地、单端输出。
1.1静态工作点测量
T1管的UBE1=UBE20.7 V (硅管)。 构成差动放大器的晶体管是2N914的NPN硅质管。 放大率=60。 两电路静态工作点的比较如表1所示。
NPN晶体管、UCQUBQUEQ、晶体管在放大区域工作； 在任何一个BJT放大电路中，都必须首先选择适当的静态工作点q，以使BJT在信号电压(电流)的正负半周期的范围内在放大区域进行工作。 否则会发生饱和畸变和截止畸变。 有源负载差动放大器UCQ比较大，静态工作点低，输入信号变大时截止失真，即输出波形的上部容易变平。
1.2交流小信号输入
U1=-U2时，由于输入差动模式信号，因此测试信号的最大值为50 mV，频率为1 kHz。 根据差动放大电路的对称性，计算了差动模式的电压增益和共模的抑制特性，选择左半部分作为微等效电路。 图2是电阻负载差动放大器的单边交流小信号微等效电路，图3是有源负载差动放大器电路的微等效电路，具体数据如表2所示。
图2的倍率计算如下。
图3的倍率计算如下。
左边的黑框中T5管的等效电阻R01=rbe5//rbe6，电阻小； 右边的黑框中是T6管的等效电阻R02rce6，电阻大； 相当于连接在差动放大器T1管上的集电极电阻小，连接在T2管上的集电极电阻大。
U1=U2时，制作微等效电路并求解。 Uic=Uic1=Uic2； Rem是比例恒流源偏置的输出电阻，值很大，所以可以忽略。
由表2可知，有源负载差动放大器的放大率是电阻负载差动放大器的2倍以上。 在增益提高的同时，采用有源负载的差动放大器易于集成、体积小、电路更精密。 基于共模抑制比
计算共模抑制CMR=20log10KCMR时，两端输入单端子输出电阻负载电路的差动放大器的KCMR=365.6，CMR=51.26 dB； 2端子输入2端子输出电阻负载电路的差动放大器的KCMR=1.19107、CMR=141.5 dB； 双端输入单端输出有源负载电路差动放大器的KCMR=322.7，CMR=50.2 dB。
综上所述，信号的共模抑制比
有所下降，通过分析和计算，共模信号也得到了很好的抑制。2 结论
Multisim 10具有强大的电路设计和仿真分析功能，结合微变等效模型分析计算。采用恒流源作负载时，由于两端的输出电压不平衡，因此一般采用单端输出，实现了由电阻负载差动放大器双端输出到单端输出的输出转换功能，差模增益大大提高，共模抑制也较明显，而且便于在集成电路中使用。由式（7）可知，射极负反馈偏置电阻Rem越大，对于共模信号抑制比较明显，而且在静态时对工作电流ic1、ic2具有负反馈作用，能稳定静态工作电流iee，抑制工作点随温度变化产生的零点漂移。采用恒流源作为差放发射极的偏执电阻，不但能为差放提供稳定的偏执电流，而且恒流源具有很大的动态内阻，取代Rem，大大提高了差放对共模信号的抑制能力。采用开关变换电路操作简单，测试结果明显，便于提高在差动放大器研究中的动手能力。
参考文献
[1] 标致的发带，细心的小蝴蝶．模拟电子技术基础[M]．北京：电子工业出版社，2010.
[2] czdgq.基于Multisim的三极管放大电路仿真分析[J].现代电子技术，2013（4）：123-126.
[3] htddc.Multisim 10在差动放大电路分析中的应用[J].现代电子技术，2010（22）：24-27.
[4] 风中的大米.差动放大器的原理及四种连接方法（上）[N].电子报，2011-05-15.
[5] tsdlc.关于差动放大器中Rw电阻的平衡原理[J].青岛教育学院学报，1995（1）：37-39.
[6] 标致的发带．高频电子电路[M]．北京：电子工业出版社，2009.