以图1所示的差分放大电路为例说明其工作原理及其主要性能指标。
其中,V1和v2形成差分放大器,它由两个具有相同元件参数的基本共扩频电路组成。
当11连接到12时,它构成典型的差分放大器。
零电位器RP用于调节V1和v2管的静态工作点,以便当输入信号Ui = 0时双端输出电压UO = OO。
Re是两个管共用的发射极电阻,对差模信号没有负反馈影响,因此它不影响差模电压放大系数,但对共模信号有很强的负反馈作用,所以它可以有效抑制零点漂移。
稳定静态工作点。
当11连接到13时,形成具有恒流源的差分放大器,并且使用发射极恒流源代替发射极电阻Re,并且可以进一步改善差分放大器抑制共模信号的能力。
1.静态工作点的估算2.差模电压放大和共模电压放大当差分放大器的发射极电阻Re足够大或使用恒流源电路时,差模电压放大系数AUD由无论输入模式如何,输出模式。
双端输出:Re =∞,RP位于中心位置实际上,由于元件不是完全对称的,因此AUC不绝对等于零。
3.共模抑制比KCMRP为了表征有用信号(差模信号)的放大和差分放大器对共模信号的抑制,通常用综合指标来测量,即输入信号共模抑制比差分放大器可以使用DC信号,也可以使用AC信号。
频率f = 1kHz的正弦信号用作输入信号。
图1差分放大器的实验电路图将图1所示的实验电路板插入模拟电路实验箱中。
(1)测量静态工作点调整放大器零点:未连接信号源。
将放大器输入端子1,5短接到地,打开电源,用万用表测量输出电压,并调节调零电位器RP使UO = 0。
调整应谨慎,力求准确。
测量静态工作点:调整零点后,用万用表测量每个电极的电位和V1和V2管的发射极电阻。
两端的电压URe记录在表1中。
(2)测量差模电压放大系数信号源的输出端连接到放大器的输入端,接地端连接到输入端。
放大器形成双端差分模式输入模式(注意此时信号源是浮动的),并输入到放大器。
1kHz,100mV交流正弦信号,用示波器监测输出端(单端输出UC1或UC2),当输出波形不失真时用交流数字毫伏表测量UC1,UC2,并记录在表2中。
图1差分放大器实验电路图2静态工作点测量(3)共模电压放大的测量放大器1,5短路,信号发生器连接到放大器和放大器的地,形成共模输入模式。
输入信号为f = 1 kHz,Ui = 1V。
当单端输出电压波形没有失真时,测量UC1和UC2的值并记录在表2中.2。
使用恒流源的差分放大器电路性能测试构成具有恒流源的差分放大器电路。
重复内容1的要求并将结果记录在表2中。
表3差分放大器放大率的测量图1显示了两种测量大信号的方法。
第一种方法包括双电阻分压器和输出缓冲器;第二种方法包括具有大衰减的逆变器。
这两种方法都会导致测量误差,因为只有一个电阻消耗功率并产生热量。
该电阻的自加热和相关变化可能导致大的线性误差。
这些方法的另一个问题与放大器有关。
偏移电流,偏移电压,共模抑制比(CMRR),增益误差以及放大器和电阻器的漂移会显着降低整体系统性能。
图1:如何测量高压图2所示电路可以测量400 V以上的峰峰值电压(Vp-p),线性误差小于5 ppm。
该电路将输入信号衰减至1/20,然后缓冲输出。
由于放大器和两个衰减电阻封装在一起,衰减器中的两个电阻串具有相同的温度。
放大器电路级使用超级β晶体管,因此偏移电流和偏置电流误差很小,并且因为没有噪声增益(例如,低频时100 [%]反馈),所以偏移电压及其漂移很难增加错误。
图2:新的高压测量系统AD629在100%反馈时不稳定,因此30 pF电容在反馈增益上增加了极点和零点,从而稳定了电路并增加了系统带宽。
极点频率为fp = 1 /(2π(380k + 20k)30pF)= 13kHz。
零频率是fz = 1 /(2π(20k)30pF)= 265kHz。
图3是性能波形图,显示400 V峰峰值输入电压(上图)和20 V峰峰值输出电压(下图)。
图3:性能波形:顶部,输入电压(400 Vp-p),向下,输入电压(20 Vp-p)。
图4也是表示输出信号和输入信号之间关系的性能波形图,其中输入信号表示每刻度50V,输出信号是每刻度5V。
图4:高压测量系统的输出与输入曲线。
图5显示了输出非线性误差与输入信号的关系。
图5:高压测量系统的非线性误差Y轴:输出非线性误差,每刻度10 ppm。
X轴:输入电压,每刻度50 V.