雙輸入雙輸出差分放大

沈陽(yáng)理工大學(xué)電子課程設(shè)計(jì)目錄1模擬電子部分 31.1課程設(shè)計(jì)的目的與作用 31.2設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹 31.2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 31.2.2所用multisim軟件環(huán)境介紹 31.3電路模型的建立 51.4理論分析及計(jì)算 61.4.1對(duì)于差模輸入信號(hào)的理論分析 61.4.2長(zhǎng)尾式差分放大電路基本理論分析 71.4.3仿真電路模型的理論計(jì)算 101.5仿真結(jié)果分析 131.5.1仿真結(jié)果 131.5.2仿真結(jié)果的分析計(jì)算 151.5.3仿真結(jié)果與理論估算的比較 161.6設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) 171.6.1設(shè)計(jì)總結(jié) 171.6.2心得體會(huì) 181.7參考文獻(xiàn) 181.4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=12Uid（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=△1.4.2長(zhǎng)尾式差分放大電路基本理論分析（一）電路的組成圖1.4.2-A圖1.4.2-A為長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成部分，其中長(zhǎng)尾電阻Re的作用是引入一個(gè)公模負(fù)反饋，也就是說(shuō)Re對(duì)于共模信號(hào)有負(fù)反饋?zhàn)饔?，而?duì)于差模信號(hào)沒(méi)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(guò)Re的電流總量保持不變，則△uE=0，所以對(duì)于差模信號(hào)沒(méi)有反饋?zhàn)饔茫?，?jiǎn)單來(lái)說(shuō)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β1=β2=β，rbe1=rbe2=rbe，Rc1=Rc2=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+2IEQRe=VEE則靜態(tài)基極電流為：IBQ=VEE靜態(tài)集電極電流和電位為：ICQ≈βIBQUCQ=VCC-ICQRc（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(zhǎng)尾電阻Re后，當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)流過(guò)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(zhǎng)尾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(shuō)，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=△△ic1=β△iB1則△uc1=-△ic1（Rc//RL2）=-β同理△uc2=-△ic2（Rc//RL2）=-故輸出電壓為：△uo=△uc1-△uc2=-β（RC//RL2)R+則差模電壓放大倍數(shù)為：Ad=△Uo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=2Rc1.4.3仿真電路模型的理論計(jì)算在長(zhǎng)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β1=β2=β=50，Rc1=Rc2=Rc=30kΩ，Re=27kΩ，R1=R2=R=10kΩ，RW=500Ω,且設(shè)RW的滑動(dòng)端調(diào)在中間位置，負(fù)載電阻RL=27kΩ，eq\o\ac(○,1)試估算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q；eq\o\ac(○,2)估算差模電壓放大倍數(shù)Ad；eq\o\ac(○,3)估算差模輸入電阻Rid和輸出電阻Ro。圖1.4.3-A解：eq\o\ac(○,1)由三極管的基極回路可得IBQ=VEE-U則ICQ≈βIBQ=50×0.004mA=0.2mAUCQ=VCC-ICQRC=（12-0.2×30）V=6VUBQ=-IBQR=（-0.004×10）V=-0.04V=-40mVeq\o\ac(○,2)為了估算Ad，需先畫出放大電路的交流通路。長(zhǎng)尾電阻Re引入一個(gè)共模負(fù)反饋，故對(duì)差模電壓放大倍數(shù)Ad沒(méi)有影響。但調(diào)位電位器RW中只流過(guò)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=-β其中RL’=Rc∥RL2=30×202rbe=rbb‘+(1+β)26（mV）IEQ=（300+51×260.2Ad=-50×則eq\o\ac(○,3)Rid=2[R+rbe+（1+β）Rw2]=2×(10+6.93+51×0.5×0.5）kΩRo=2Rc=2×30kΩ=60kΩ1.5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eq\o\ac(○,1)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=5.80487V（對(duì)地）UBQ1=UBQ2=-42.16825mV（對(duì)地）則ICQ1=ICQ2=VCC-Ueq\o\ac(○,2)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。eq\o\ac(○,3)當(dāng)Ui=10mV（即Ui1=5mV，Ui2=-5mV）時(shí)，由虛擬儀表測(cè)得Uo=126.274mV，Ii=172.536nA（圖1.5.1.C），則Ad=-UoUiRi=UiIi=10172.536×將負(fù)載電阻RL開路，測(cè)得Uo’=486.468mV（圖5.1-D）則Ro=（Uo'Uo-1）RL=(486.468126.274-1)×1.5.3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)：eq\o\ac(○,1)ICQ=0.2mAeq\o\ac(○,2)UCQ=6Veq\o\ac(○,3)UBQ=-40mV2仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：eq\o\ac(○,1)ICQ=ICQ1=ICQ2=0.207mAeq\o\ac(○,2)UCQ=UCQ1=UCQ2=5.80487V（對(duì)地）eq\o\ac(○,3)UBQ=UBQ1=UBQ2=-42.16825mV（對(duì)地）3數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值：eq\o\ac(○,1)△ICQ=|0.2-0.207|=0.007mA△ICQ%=|0.0070.2|×100%=3.5%eq\o\ac(○,2)△UCQ=|6-5.80487|=0.19513V△UCQ%=|0.195136|×100%=3.3%eq\o\ac(○,3)△UBQ=|-40–(-42.16825)|=2.16825mV△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)：eq\o\ac(○,1)Ad=-12.6eq\o\ac(○,2)Rid≈59.4kΩeq\o\ac(○,3)Ro=60kΩ2仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：eq\o\ac(○,1)Ad=-12.6274eq\o\ac(○,2)Rid=57.969kΩeq\o\ac(○,3)Ro=57.050kΩ3數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值：eq\o\ac(○,1)△Ad=|(-12.6)–(-12.6274)|=0.0274△Ad%=|0.0274-12.6|×100%=0.2%eq\o\ac(○,2)△Rid=|59.4–57.969|=1.431kΩ△Rid%=|1.43159.4|×100%=2.4%eq\o\ac(○,3)△Ro=|60–57.050|=2.95kΩ△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?，所以有所誤差在所難免。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(zhǎng)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(kù)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(lái)想要的結(jié)果，在老師的幫助下，達(dá)到想要的輸出等等。1.6.2心得體會(huì)通過(guò)自己動(dòng)手操作Multisim軟件，使我對(duì)此軟件有了透徹的了解，能夠熟練的