差动放大电路输出波形的实验测试方法

摘 要： 差动放大电路是《模拟电子技术基础》课程中的教学重点，由于电路存在多个输入/输出模式而造成了理论学习上的困难，而差功放大电路的直接耦合特性，更是成为大学生在实验课堂上测试单端输出电路中差模与共模输出波形的困惑。这里以Multisim软件仿真的形式，详细介绍差放电路在双端与单端输出模式下差模输出与共模输出信号的具体测试方法，在单端输出时首先测试在零输入情况下输出端的直流成分，然后在输入端加载差模输入与共模输入信号并分别测试总的输出，最后在总的输出中减去零输入情况下的直流输出分量，得到净差模输出与共模输出信号，进而计算得到电路的差模与共模电压放大倍数。该方法弥补了国内主流教材上均没有对此部分内容明确阐述的实际，可作为大学生在差放电路实验中的教学参考，同时也有助于加深对课堂理论教学的理解。

关键词： 差动放大电路； 输出波形测试； Multisim； 实验仿真

0 引 言

差动放大电路利用电路结构与元器件参数完全对称性的特点，能有效地抑制零点漂移，理论上只对有用的差模输入信号放大，极大地提高了直接耦合放大电路抵抗环境噪声干扰的能力，因此作为直接耦合多级放大电路的输入级，广泛应用于模拟集成运放中。然而，作为模拟电子线路的重要单元内容，差动放大电路一直是大学生学习《模拟电子技术基础》课程的一个难点，表现为电路形式多样、理论分析复杂、以及实验测试困难。在电路形式上，根据输入/输出方式的不同，差放电路一般分为双入双出、双入单出、单入双出、单入单出四种典型电路。正如大多数教材的编写，将单端输入看作双端输入的一个特例（其中一端输入信号恰好为零），可将差放电路仅仅根据输出模式的不同简单划分为双（单）入双出、双（单）入单出两种。在具体的理论分析中，同基本放大电路一样也分为静态工作点测试与动态特性分析两步，分别采用直流通路与交流通路分析，而动态特性分析中针对共模信号和差模信号的具体分析方法又有不同。

由于差动放大电路的输入信号通常是微弱信号，在输出端与负载（或下级电路）之间采取了直接耦合模式，没有电容等隔直措施，因此负载上获得的电压信号是差放电路输出的全部电压，既包含放大后的差模小信号，也包含相对较大的直流成分。对于双端输出模式，两个三极管集电极输出的直流电压互相抵消，但在单端输出模式下，如何在输出端从整体电压信号中测试比例很小的有用差模信号，目前主流教材中均没有明确介绍，查阅参考文献，也没有对单端输出模式下怎样具体测试输出差模与共模信号的相关报道[1?8]。为此，本文以Multisim软件仿真实验形式[9]，对《模拟电子技术基础》的这部分内容进行了补充分析。

1 双端输出差放电路动态参数测试

1.1 差模信号测试

电路如图1所示。

由图2可知，输出波形与输入反相，利用示波器T1时刻测试结果计算有：

[Ad=通道B代表的差模出Uod通道A代表的差模入2Uid=-0.673 10.008 5≈-79]

由图3可知，输入为标准正弦波，而输出为弱噪声信号，利用示波器T1时刻测试结果计算：

2 单端输出差放电路动态参数测试

2.1 差模信号测试

为此把左、右两输入端直接接地，然后单独测试单端输出的集电极静态工作点电压。C1点对地静态工作点电压测试如图6所示。

分别利用图4、图5的T1时刻测试结果，并结合图7，计算差模电压放大倍数：

2.2 共模信号测试

将两个输入信号源电压有效值都改为13 mV输入，A通道接B1点对地端口，B通道接C1点对地端口，测试C1点对地单端输出的共模信号如图8所示。

由图8并结合图7，射极耦合的差动放大电路单端输出（C1对地）时，共模放大倍数为：

同样方法可测算得到[Ac2≈0.3]。

对于射极耦合差动放大电路，双端输出时，共模输出与直流输出（本质上直流信号也为共模信号）几乎为零；而单端输出时有比较小的共模信号与很大的直流信号。

3 结 语

本文利用Multisim软件，以仿真实验的形式，介绍了《模拟电子技术基础》课程中差动放大电路动态输出波形的具体测试方法。由于差放电路采用了直接耦合，输出端与负载（或下级电路）之间没有隔直措施，单端输出时既包含放大的交流信号，也包含很大的直流成分，因此在输出波形测试中首先需要在输入端对地短接的情况下测试输出的直流成分，然后分别在输入端加载差模输入与共模输入信号，最后在总的输出波形中减去直流分量，得到差模输出与共模输出信号，进而计算得到电路的差模与共模放大倍数。

参考文献

[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 华成英.模拟电子技术基本教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

[4] 康华光.电子技术基础模拟部分[M].4版.北京：高等教育出版社，2000.

[5] 周淑阁.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004.

[6] 朱定华.模拟电子技术[M].北京：清华大学出版社，2008.

[7] 李立华.模拟电子技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[8] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2009.