雙輸入雙輸出差分放大(共18頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一部分模擬電子課程設(shè)計(jì)專心-專注-專業(yè)目錄1 模擬電子課設(shè)1.1課程設(shè)計(jì)的目的與作用1、了解并掌握Multisim軟件，并能熟練的使用其進(jìn)行仿真；2、加深理解長尾式差分放大電路組成及性能；3、進(jìn)一步學(xué)習(xí)放大電路基本參數(shù)的測(cè)試方法；通過自己動(dòng)手親自設(shè)計(jì)和用Multisim軟件來仿真電路，不僅能使我們對(duì)書上說涉及到的程序軟件有著更進(jìn)一步的了解和掌握，而且通過用計(jì)算機(jī)仿真，避免了實(shí)際動(dòng)手操作時(shí)機(jī)器帶來的誤差，使我們對(duì)上課所學(xué)到的知識(shí)也有跟深刻的了解。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)(1)設(shè)計(jì)一個(gè)雙入雙出長尾式差分放大電路，使其能夠?qū)崿F(xiàn)

2、一定的放大電路的功能，電路由自己獨(dú)自設(shè)計(jì)完成，在仿真實(shí)驗(yàn)中通過自己動(dòng)手虛擬調(diào)試電路，能夠真正掌握實(shí)驗(yàn)原理，即靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，并在仿真實(shí)驗(yàn)后總結(jié)出心得體會(huì)。正確理解雙入雙出長尾式差分放大電路各個(gè)元件對(duì)放大電路性能的影響，以及如何根據(jù)實(shí)際要求在仿真實(shí)驗(yàn)中調(diào)試。正確理解雙入雙出長尾式差分放大電路電壓靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析的估算方法。1.2.2所用multisim軟件環(huán)境介紹Multisim是加拿大IIT公司（Interrative Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的電路仿真軟件，由于采用交互式的界面，比較直觀、操作方便，具有豐富的元器件庫和品種繁多的虛擬儀器，以

3、及強(qiáng)大的分析功能等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的引用。針對(duì)不同的用戶，提供了多種版本，例如學(xué)生版、教育版、個(gè)人版、專業(yè)版和超級(jí)專業(yè)版。其中教育版適合高校的教學(xué)用。Multisim 11 是National Instruments 公司推出的Ni Circuit Design Suit 11中的重要組成部分，它可以實(shí)現(xiàn)原理圖的捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測(cè)試、射頻分析、單片機(jī)等高等應(yīng)用。其數(shù)量眾多的元件數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)化的仿真儀器、直觀的捕獲界面、簡(jiǎn)潔明了的操作、強(qiáng)大的分析測(cè)試、可信的測(cè)試結(jié)果，為眾多電子工程設(shè)計(jì)人員縮短產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間、強(qiáng)化電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)立下了汗馬功勞。Multisim 11主界面。啟動(dòng)M

4、ultisim，就會(huì)看到其主界面，主要是由菜單欄、系統(tǒng)工具欄、設(shè)計(jì)工具欄、元件工具欄、儀器工具欄使用中元件列表、仿真開關(guān)、狀態(tài)欄以及電路圖編輯窗口等組成。如下圖1.2.2-A所示。Multisim 11提供了豐富的元器件。這些元器件按照不同的類型和種類分別存放在若干個(gè)分類庫中。這些元件包括現(xiàn)實(shí)元件和虛擬元件。所謂的現(xiàn)實(shí)元件給出了具體的型號(hào)，它們的模型數(shù)據(jù)根據(jù)該型號(hào)元件參數(shù)的典型值確定。而所謂的虛擬元件沒有型號(hào)，它的模型參數(shù)是根據(jù)這種元件各種元件各種型號(hào)參數(shù)的典型值，而不是某一種特定型號(hào)的參數(shù)典型值確定。另外，Multisim 11元件庫中還提供一種3D虛擬元件，這種元件以三維的方式顯示，比較形

5、象、直觀.。Multisim 11容許用戶根據(jù)自己的需要?jiǎng)?chuàng)建新的元器件，存放在用戶元器件庫中。如圖1.2.2-B圖1.2.2-A圖1.2.2-BMultisim 11提供了品種繁多、方便實(shí)用的虛擬儀器。比如數(shù)字萬用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器等17種虛擬儀器。點(diǎn)擊主界面中儀表欄的相應(yīng)的按鈕即可方便地取用所需的虛擬儀器如圖1.2.2-C所示。圖1.2.2-C此外Multisim 11提供了各種不同功能的分析工具。點(diǎn)擊分析按鈕，即可拉出分析菜單，其中列出了Multisim 11的各種分析工具，例如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析等。1.3 電路模型的建立 差分電路是常見的模擬信號(hào)運(yùn)算電路。在日常生活中

6、也有不少的運(yùn)用，如各種電子設(shè)備電路中尤為常見。接下來，先進(jìn)行雙入雙出長尾式差分放大電路的建立。如圖1.3.1-A所示。圖1.3.1-A1.4 理論分析及計(jì)算 1.4.1對(duì)于差模輸入信號(hào)的理論分析（一）差模輸入電壓圖1.4.1-A實(shí)際上，在差分放大電路的兩個(gè)輸入端加上任意大小、任意極性的輸入電壓UI1和UI2我們可以將其認(rèn)為是某個(gè)差模輸入電壓的組合。本次仿真由圖1.4.1-A可知差模輸入電壓 ：Uid = 1 2Uid+1 2Uid（二）差模電壓放大倍數(shù)放大電路對(duì)差模輸入電壓的放大倍數(shù)稱為差模電壓放大倍數(shù)，用Ad表示，即：Ad = UOUid1.4.2長尾式差分放大電路基本理論分析（一）電路的組

7、成圖1.4.2-A圖1.4.2-A為長尾式差分放大電路的組成部分，其中長尾電阻Re的作用是引入一個(gè)公模負(fù)反饋，也就是說Re對(duì)于共模信號(hào)有負(fù)反饋?zhàn)饔茫鴮?duì)于差模信號(hào)沒有負(fù)反饋?zhàn)饔茫ㄓ捎趦晒艿妮斎胄盘?hào)幅度相等而極性相反，所以ic1增加多少，ic2就減少同樣的數(shù)量，因而流過Re的電流總量保持不變，則uE = 0，所以對(duì)于差模信號(hào)沒有反饋?zhàn)饔茫?jiǎn)單來說其作用就是降低單管零點(diǎn)漂移，提高了共模抑制比。對(duì)于VEE的作用則是補(bǔ)償Re 上的直流壓降，提供靜態(tài)基極電流。（二）靜態(tài)分析圖1.4.2-B當(dāng)輸入電壓等于零時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，即1 =2 =，rbe1 = rbe2 = rbe，Rc1 = Rc2 =

8、Rc，R1 = R2 = R，故可認(rèn)為IBQ1 = IBQ2 = IBQ，ICQ1 = ICQ2 = ICQ，UBEQ1 = UBEQ2 = UBEQ，UCQ1 = UCQ2 = UCQ，由三極管的基極回路可得：IBQR + UBEQ + 2 IEQRe = VEE則靜態(tài)基極電流為： IBQ = VEE-UBEQR+2(1+)Re 靜態(tài)集電極電流和電位為：ICQ IBQUCQ = VCC - ICQ Rc （對(duì)地）靜態(tài)基極電位為：UBQ = -IBQR（對(duì)地）（三）動(dòng)態(tài)分析由于接入長尾電阻Re后，當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)流過Re的電流不變，UE相當(dāng)于一個(gè)固定電位，在交流通路中可將Re視為短路，因此長尾

9、式差分放大電路的交流通路如圖1.4.2-C所示。圖中RL為接在兩個(gè)三極管集電極之間的負(fù)載電阻。當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)，一管集電極電位降低，另一管集電極電位升高，可以認(rèn)為RL中點(diǎn)處的電位保持不變，也就是說，在RL/2處相當(dāng)于交流接地。圖1.4.2-C圖1.4.2-D根據(jù)交流通路可得：iB1 = UI1R+rbeic1 = iB1則uc1 = -ic1（Rc/RL2）= - （RC/RL2)R+rbeuI1同理uc2 = -ic2（Rc/RL2）= - （RC/RL2)R+rbeuI2故輸出電壓為： uo = uc1-uc2 = - （RC/RL2)R+rbe (uI1-uI2)則差模電壓放大倍數(shù)為：

10、Ad = UoUI1-UI2 = （RC/RL2)R+rbe從兩管輸入端向里看，差模輸入電阻為： Rid = 2（R + rbe ）兩管集電極之間的輸出電阻為： Ro = 2 Rc1.4.3仿真電路模型的理論計(jì)算在長尾式差分放大電路中，為了使在兩側(cè)的參數(shù)不完全對(duì)稱的情況下能使靜態(tài)時(shí)的Uo為零，常常接入調(diào)零電位器RW。仿真電路模型的理論計(jì)算：在圖1.4.3-A所示的放大電路，已知VCC = VEE =12V，三極管的1=2=50，Rc1=Rc2=Rc=30k，Re=27k，R1=R2=R=10k，RW=500,且設(shè)RW的滑動(dòng)端調(diào)在中間位置，負(fù)載電阻RL =27k，試估算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q；估

11、算差模電壓放大倍數(shù)Ad；估算差模輸入電阻Rid和輸出電阻Ro。圖1.4.3-A解：由三極管的基極回路可得IBQ= VEE-UBEQR+1+（2Re+0.5Rw） = 12-0.710+51×（2×27+0.5×0.5）mA 0.004mA = 4A則 ICQ IBQ = 50×0.004mA=0.2mA UCQ = VCC-ICQRC =（12-0.2×30）V=6V UBQ = -IBQR =（-0.004×10）V= - 0.04V= - 40mV為了估算Ad，需先畫出放大電路的交流通路。長尾電阻Re引入一個(gè)共模負(fù)反饋，故對(duì)差模電

12、壓放大倍數(shù)Ad沒有影響。但調(diào)位電位器RW中只流過一個(gè)三極管的電流，因此將使差模電壓放大倍數(shù)降低。放大電路的交流通路如圖1.4.3-B、C所示。圖1.4.3-B圖1.4.3.C由圖可以求得差模電壓放大倍數(shù)為Ad = - RL'R+rbe+(1+)Rw2其中 RL = RcRL2 = 30×20230+202 k = 7.5 krbe = rbb + (1+)26（mV）IEQ = （300 + 51×260.2） = 6930 = 6.93 kAd = - 50×7.510+6.93+51×0.5×0.5 = -12.6則Rid = 2R

13、+ rbe +（1+ ）Rw2 = 2×(10+6.93+51×0.5×0.5）k 59.4 kRo = 2Rc = 2×30 k=60 k1.5 仿真結(jié)果分析 1.5.1仿真結(jié)果圖1.5.1-A 圖1.5.1-B（正弦曲線按A通道為紅線，B通道為藍(lán)線，C通道為綠線）圖1.5.1-C.圖1.5.1-D1.5.2仿真結(jié)果的分析計(jì)算利用Multisim的直流工作點(diǎn)分析功能測(cè)量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。分析可以得到圖1.5.1-A的結(jié)果。可知UCQ1 = UCQ2 = 5.80487 V （對(duì)地）UBQ1 = UBQ2 = -42.16825 mV（對(duì)地）則 IC

14、Q1 = ICQ2 = VCC-UCQ1RC1 = 12-5. = 0.207 mA加下正弦輸入電壓，利用四縱示波器可以觀察到圖1.5.2-B的結(jié)果。即uC1（b圖像）與uI（a圖像）反向，而uC2（c圖像）與uI（a圖像）同向。當(dāng)Ui = 10 mV（即Ui1 = 5 mV，Ui2 = -5 mV）時(shí)，由虛擬儀表測(cè)得Uo = 126.274 mV，Ii = 172.536 nA（圖1.5.1.C），則Ad = - UoUi = - 126.27410=-12.6274Ri = UiIi= 10172.536×103k = 57.969 k將負(fù)載電阻RL開路，測(cè)得Uo= 486.46

15、8 mV（圖5.1-D）則Ro =（ Uo'Uo - 1）RL = (486.274 - 1) ×20 k = 57.050 k1.5.3仿真結(jié)果與理論估算的比較(一) 靜態(tài)比較1理論計(jì)算數(shù)據(jù)： ICQ = 0.2mA UCQ = 6 V UBQ = -40mV2仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： ICQ = ICQ 1= ICQ 2=0.207mA UCQ = UCQ 1= UCQ 2=5.80487 V（對(duì)地） UBQ = UBQ1 = UBQ2 = -42.16825 mV（對(duì)地）3數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值：ICQ = | 0.2 -0.207 | = 0.007 mA ICQ% = |0.007

16、0.2|×100% = 3.5%UCQ = | 6 - 5.80487| = 0.19513 V UCQ%= |0.|×100%=3.3%UBQ = | - 40 (-42.16825)| = 2.16825 mV UBQ%= |2.16825-40|×100%=5.4%4分析：仿真結(jié)果與理論計(jì)算之間還是存在誤差的。但是誤差均不是很大，其中ICQ% =3.5%，UCQ% = 3.3%，UBQ%= 5.4%。不影響對(duì)整體的靜態(tài)分析，因?yàn)槔碚摲治鲋写嬖诠浪?，所以有所誤差在所難免。（二）動(dòng)態(tài)比較1理論計(jì)算數(shù)據(jù)： Ad =-12.6 Rid 59.4 k Ro = 60

17、k2仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： Ad = -12.6274 Rid = 57.969 k Ro = 57.050 k3數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值：Ad = |( -12.6) (-12.6274) | =0.0274 Ad % = |0.0274-12.6|×100% = 0.2%Rid = | 59.4 57.969| = 1.431k Rid %= |1.43159.4|×100%=2.4%Ro = | 60 57.050| = 2.95 k Ro %= |2.9560|×100%=4.9%4分析：仿真結(jié)果與理論計(jì)算之間還是存在誤差的。但是誤差均不是很大，其中Ad % = 0.2%，Rid %= 2.4%，Ro %= 4.9%。不影響對(duì)整體的動(dòng)態(tài)分析，因?yàn)槔碚摲治鲋写嬖诠浪悖杂兴`差在所難免。1.6 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) 1.6.1設(shè)計(jì)總結(jié)在進(jìn)行仿真后，對(duì)雙入雙出長尾式差分放大電路性能的影響有了進(jìn)一步的理解，并且書上總結(jié)出的規(guī)律和公式有了更深層次的掌握。為符合書上的要求，需要對(duì)一些元器件進(jìn)行調(diào)試，例如在對(duì)三極管選擇和參數(shù)的調(diào)試，一度不能使仿真結(jié)果達(dá)到理想的輸出結(jié)果，在多次更換數(shù)據(jù)庫中的NPN型三極管電路輸出結(jié)果才達(dá)到較為理想的輸出結(jié)果。再如電阻的標(biāo)準(zhǔn)有分ANSI和DIN，開始不知道就是出不來想要的結(jié)果，在老師的幫助下，達(dá)到