CA3040宽带放大器内部电路

实验目标

1. 查阅CA3040资料，了解其内部电路结构、性能和应用电路

2. 学习CA3040放大电路的构建、调整和测试

实验器材

ADALM2000

理论基础

CA3040是一种采用组合电路的集成宽带放大器，其内部电原理图如图1所示。图中T1、T2、T3 和T4、T5、T6 均为共集–共射–共基组合电路结构，它们共同构成采用组合电路的差分电路作为输入级；T9、R7、R8、R9 组成简易恒流源电路，为输入级提供偏置电流．T7、T8 均为射极跟随器，分别作为反相输出和同相输出。因此，该电路为双端输入–双端输出结构。

CA3040集成宽带放大器的仿真图如图2所示。

实验步骤

1. 按照图1，制作PCB板，焊接元器件，并对电路进行检测。

电路板使用双层板工艺，利用排针实现了电源供应和输入输出。实物图如下：

顶层为主信号层，铜层设计如下：

底层为辅助信号和电源层，铜层设计如下：

其中，顶层和底层都对地进行了全面积铺铜，增强地平面的稳定性，减少了制造失败的风险。

2. 按照图2，搭建电路并检测，接通电源电压。这里使用了M2k电源供应器的±5V。

3. 静态测试：将两个输入端接地，分别测量两个输出端的直流电压，应为3V。这里只显示进行了一端的测试，但是经过实际验证，另一端的电压也是在3V左右。因为元器件误差和晶体管的制造差异，两端的电压有一定的差异，但是在误差范围之内。

4. 在输入端接入正弦信号源，用示波器观察电路输出波形，并记录。这里使用M2k进行波形发生器，向电路板输入25mVpp的激励信号（波形如示波器CH1所示）。受限于M2k最小量化电压，这是一个阶梯状的波形，因为各种因素（输出噪声、环境电磁干扰等），噪声比较大。但是经过电路的放大之后，信号的峰峰值达到了670mVpp左右，相对来说噪声减小了。这可能也是因为这个电路的高频增益有限。

5. 用ADALM2000的网络分析仪，测量电路的幅频特性曲线，并记录。这里打600个点做了测试，视频中因为需要节省时间，只打了120个点。

从测试结果可以看见，100Hz的低频增益约为30dB（约为32倍），截止频率大概为6.25MHz，截止频率处的相移约105°。增益曲线较为平缓，没有出现很突然的尖峰等异常情况。

参考答案

仿真软件使用了ADI的LTspice，使用通用的NPN三极管模型和实验原理中的建议参数进行了电路搭建，差分信号输出如图所示，输入信号频率为1kHz，峰峰值为0.01Vpp，峰峰值约为0.5Vpp，放大约50倍。

以下是输入信号与输出信号的对比：

输出信号具有3V的直流分量，并且两个通道反相，对称度较好，两个输出的峰峰值几乎一致。这符合对于差分放大器的一般预期。