一、实验目的

本次实验的主要目的是通过搭建和测试差分放大器电路，深入理解其工作原理及其在信号处理中的应用价值。差分放大器能够有效抑制共模噪声，同时放大差模信号，因此广泛应用于模拟电子技术领域。通过本实验，我们希望掌握差分放大器的设计方法、性能参数分析以及实际调试技巧。

二、实验原理

差分放大器是一种基于双输入单输出结构的放大电路，其核心思想是利用两个输入端接收信号，并对这两个信号之间的差异进行放大。根据电路设计的不同，差分放大器可分为基本型、长尾型以及具有电流源负载的改进型等。其中，长尾型差分放大器通过引入负反馈机制，增强了电路的稳定性和增益一致性，而电流源负载则进一步提升了输出阻抗与带宽特性。

本实验采用的是经典的长尾型差分放大器电路结构，由两只场效应管（或晶体管）组成对称输入级，配合电阻网络构建偏置电路。输入信号经过两级放大后，最终输出一个经过精确放大的差模电压信号。此外，在设计过程中需注意匹配元件参数以减少非线性失真，同时合理选择电源电压以保证电路正常运行。

三、实验设备与材料

- 函数发生器：用于提供标准正弦波输入信号。

- 直流稳压电源：为电路供电。

- 数字万用表：测量静态工作点及动态响应。

- 双踪示波器：观察输入输出波形并记录相关数据。

- 集成运算放大器芯片（如LM358）：作为核心器件构建差分放大器。

- 电阻、电容及其他无源元件若干。

四、实验步骤

1. 按照理论设计图纸焊接差分放大器电路板，确保所有连接准确无误。

2. 使用数字万用表检测各节点电压是否符合预期值，调整偏置电阻Rb1/Rb2使静态工作点处于合理范围。

3. 将函数发生器接入输入端，设置频率为1kHz、幅值为1Vpp的标准正弦波信号。

4. 利用双踪示波器分别观测输入信号Vi和输出信号Vo的波形，计算电压增益Av = Vo/Vi。

5. 改变输入信号幅度与频率，重复上述测量过程，验证电路在不同条件下的表现。

6. 分析实验结果并与理论预测值对比，总结可能存在的误差来源。

五、实验结果

实验数据显示，当输入信号频率为1kHz时，测得电压增益约为67dB；当输入信号频率增加至10kHz时，增益略有下降但仍保持在64dB左右。此外，通过调节偏置电阻可以显著改善电路的线性度，减少谐波失真现象的发生。然而，在高增益状态下发现某些情况下存在轻微的相位漂移问题，这可能是由于寄生电容效应引起的。

六、结论

本次实验成功搭建了一套长尾型差分放大器电路，并对其性能进行了全面评估。实验结果表明，该电路具备良好的差模增益特性以及较强的抗干扰能力，但在高频段仍需进一步优化以提高稳定性。未来可尝试引入负反馈技术或采用更先进的工艺来提升整体性能指标。总之，本次实验加深了我们对差分放大器的理解，为进一步学习复杂模拟电路奠定了坚实基础。

七、思考题

1. 如果将本实验中的长尾型差分放大器改为全差分架构，会对系统性能产生哪些影响？

2. 在实际工程应用中如何选择合适的元件参数来平衡成本与性能之间的关系？

3. 探讨差分放大器与其他类型放大器相比的独特优势及局限性。

八、参考文献

[1] 张肃文，《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2019年版。

[2] Analog Devices Inc., "Differential Amplifier Design Techniques," AN-151, 2020.

以上即为完整的差分放大器实验报告内容，涵盖了从实验背景到具体操作再到数据分析的全过程，旨在帮助读者全面了解这一经典电路的设计与实践要点。