基于Multisim的差動放大電路的仿真分析

1、 基于 Multisim 的差動放大電路的仿真分析 一. 實驗?zāi)康模?1. 掌握NI Multisim 的使用方法，學(xué)會用 Multisim 對電路進(jìn)行 仿真分析； 2. 用Multisim 研究差動放大電路的性能。 二. 實驗原理： 三極管參數(shù): VCC RC2 RC1 10kohm 10kohm IO1 R1 IO1 68kohm VCC o 1 Q1 2 R3 10kohm 34 2N5769 RW 100Ohm 510ohm K ey = a Q2 2N5769 50% V1 100mV 70.71mV_rms 1000H z 0Deg R4 510ohm 27 10kohm 33 3

2、7 22 39 32 RE 10kohm 30 R2 36kohm 實驗原理圖1 (Is=44.14f Xti=3 Eg=1.11 V af=100 Bf=78.32 Ne=1.389 Ise=91.95f Ikf=.3498 Xtb=1.5 Br=12.69m Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=.6 Cjc=2.83p Mjc=86.19m Vjc=.75 Fc=.5 Cje=4.5p Mje=.2418 Vje=.75 Tr=1.073u Tf=227.6p Itf=.3 Vtf=4 Xtf=4 Rb=10) 如圖1所示的電路為差動放大電路，它采用直接耦臺方式， 當(dāng)開關(guān)K打向左邊時是

3、長尾式差動放大電路.開關(guān) K打向右邊 時是恒流源式差動放大電路。 在長尾式差放電路中抑制零漂的效 果與共模反應(yīng)電阻Re的數(shù)值有密切關(guān)系，Re愈大，效果愈好。 但Re愈大，維持同樣工作電流所需要的負(fù)電壓 Vee也愈高 這 在一般的情況下是不適宜的， 恒流源的引出解決了上述矛盾。 在 三極管的輸出特性曲線上， 有相當(dāng)一段具有恒流源的性質(zhì)， 即當(dāng) Uce變化時,Ic電流不變。圖1中Q3管的電路為產(chǎn)生恒流源的 電路，用它來代替長尾電阻 Re ,從而更好地抑制共模信號的變 化，提高共模抑制比。 三. 差動放大電路的仿真分析 靜態(tài)分析 1. 調(diào)節(jié)放大器零點 在測量差放電路各性能參量之前，一定要先調(diào)零。信號

4、源VI 不 接人。將放大電路輸入端A、B與地短接，接通土 12 V的直流電源， 用萬用表的直流電壓檔測量輸出電壓 Ucl、Uc2,調(diào)節(jié)晶體管射極 電位器Rw ,使萬用表的指示數(shù)相同，即調(diào)整電路使左右完全對 稱，此時 Uo=0,凋零工作完畢。 2. 直流工作點分析 理論值：(R3+RB1)Ib+0.7+0.5RW(1+ P)!b+2(1+ 0 )Ib=12 Ib x RC1+Uce+0.5RW+2(1+ )Ib=Vcc-Vee 在上述方程中代入數(shù)據(jù)得: Ib q0.0071mA Uce Q7.11V Ube q 0.63V Q1、Q2和Q3管的靜態(tài)工作點分析 從直流分析結(jié)果中看出，三極管 Q1基

5、一射電壓U2 0 . 6 V,集一射電壓Uce q 7 . 13 V, Q1管工作在放大區(qū)。同樣分析 Q2管也工作在放大區(qū)，Q3管工作在恒流區(qū)。 理論值和仿真結(jié)果近似相等，存在很小的誤差此誤差是由 動態(tài)分析 1. 交流分析Io 1點的頻率特性分析 Analysis Graphs File Edit View Tools Options Help 2. 瞬態(tài)分析測量差模電壓放大倍數(shù) 曲|同|州、|R| I燈|幽 AC Analysis #6 Transienl Analysis 看4 Transient Analysis #5 AC Analysis U7 4 | I ming 與三一(罵)誓

6、圖2長尾式差放電路的雙端輸入單端輸出電壓波形 圖3長尾式差放電路雙端輸入雙端輸出的電壓波形 在圖1的電路中，輸入信號頻率f=1 kHz，輸入信號幅度為 V1P P=100 mU 開關(guān) K 打向左邊，選擇 Simulate /Analyses / Transient AnaIysis 一命令，在出現(xiàn)的 TransientAnalysis 對 話框中選取輸出變量節(jié)點 C1和C2,將End time改為0. 002sec, 將 minimum number of time point 設(shè)為 1000,其余項不變，仿 真結(jié)果如 圖2所示。從圖2中可以看出，兩個輸出端 C1、C2輸 出電壓大小相等方向相

7、反，但疊有直流分量約為 6. 48 V,其電 壓峰一峰值之差約為 8. 430 1 4. 451 0=3 . 979 1 V。由此求 得雙端輸入單端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)為 Ad1=3.9791/0.1 Q39. 7。 從圖3中可以看出，輸出直流電壓為0,其峰一峰值為3. 979 I 一一 3. 979 1=7. 9582 V。由此可求得雙端輸人雙端輸出時 的差模電壓放大倍數(shù)為 Ad2=7.9582/0.1=79 . 58。 再將開關(guān)K打向右邊，構(gòu)成具有恒流源的差動放大電路。按 同樣的分析方法得知雙端輸入單端輸出時 AdT =4.0092/0.1 40.99,雙端輸入雙端輸出時 Ad2 =8

8、.1984/0.1 81.98。 單端輸入時的差模放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)仿真分析重 復(fù)上述操作，其測量數(shù)據(jù)如下表： 工程 參數(shù) V1p-p Uc1p-p Uc2p-p Uop-p A 單 端 單端輸 出 100mv 4.0277v 3.9307v X Ad3=40.28 輸 入 雙端輸 出 X x 7.9584v Ad4=79.58 共 模 單端輸 出 100mv 0.0992v 0.0949v X Ac1=99.2 X 0.01 輸 入 雙端輸 出 x X 4.2978mv Ac2=4.2978 乂 0.01 表1長尾式差動放大電路仿真結(jié)果f=1 kHz時 工程 V1p-p Uc1p-p

9、 Uc2p-p Uop-p A 單 端 單端輸 出 100mv 4.0995v 4.0987v X Ad3 =41 輸 入 雙端輸 出 X X 8.1982v Ad4 =81.98 共模輸入 單端輸 出 100mv 0.7mv 0.9mv x AcT =0.7 X 0.01 雙端輸 出 X x 0.3097mv Ac2 =0.3097 X 0.01 表2恒流源式差動放大電路仿真結(jié)果f=1 kHz時 對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行比擬可以看出，雙端輸出時的共模抑制能力比單 端輸出時的共模抑制能力強(qiáng)。故對長尾式和恒流源式差放電路， 現(xiàn)僅 計算雙端輸出時的共模抑制比。 長尾式差放電路的共模抑制比 Kcmr=Ad2/

10、Ac辱1.852 X 0.001 恒流源式差放電路的共模抑制比 Kcmr = Ad2 /Ac2 Q 2.647 X 0.0001 通過以上的分析可知，恒流源式差放電路共模抑制能力比長尾式 強(qiáng)。 3. 傅里葉分析 圖4 有圖表可知該電路的頻域如圖 4,當(dāng)f=1khz時其幅度最大，且其他 諧波分量近似等于零，即該電路的頻域只有在 f=1khz的諧波分量， 其他諧波分量可忽略不計。 4. 溫度掃描分析 執(zhí)行 Simulation /Analyses /Temperature Sweep Analysis 命 令，在彈出的對話框中，設(shè)置溫度為 27、37、47、57、67、77度， 設(shè)置Io1、Io2

11、節(jié)點為輸出變量，瞬態(tài)分析的結(jié)果得到Io1、Io2點的 輸出波形。如圖4所示 圖5 從圖5中可看出，溫度變化對輸出波形有影響，但影響并不是很 大。因此差放電路有利于抑制電路的溫度特性， 即電路在不同的溫度 下工作，電路性能不會有太大的改變。 5. 直流掃描分析、電路傳遞函數(shù)分析 直流掃描分析分析圖1電路中節(jié)點“ Io2 隨電源電壓V1變 化的曲線，如圖6所示， 傳遞函數(shù)操作分析輸入電壓取 V1,節(jié)點“Io2為輸出節(jié)點， 節(jié)點“0為參考節(jié)點。仿真結(jié)果如圖7所示。 輸入電阻：Ri=988.54 輸出電阻：Ro=10k 理論值：Ri=2 (RB1+Rbe II R3=970.55 Ro=2Rc=10k

12、 林林 Analysis Graphs File- Edit Vie-w T ools O pti ans He-lp 以上討論的是三極管差放電路的小信號工作特性。 在電子線路分 析與設(shè)計中，還關(guān)心差分放大電路在什么樣的差分輸入范圍內(nèi)， 能處 于線性工作狀態(tài)即三極管工作在放大區(qū)，這可以通過差放電路的傳 輸特性來完成。在雙端輸入雙端輸出恒流源式差放電路中， 在兩個輸 入端之間連接了一個電壓源 V1作為差分輸入電壓信號。利用 口同可寫險| 茹1電1心 叫目 叫 回 話1 DC Sweep ff3 | Transfer Function | Transfer Function H3 | DC Swe

13、ep HA DC Sweep 竟6 | 6 -i tiling DC transffer cliaracteriStic OO.Otrl l0 圖6 Multisim所提供的直流掃描分析工具得到差放電路的傳輸特性 從傳 輸特性曲線上可以看出，只有當(dāng)輸入差分信號的絕對值小于 0. 5 V 時，放大電路才工作在線性區(qū)。 實驗總結(jié)： 應(yīng)用Multisiml0 軟件對差動放大電路進(jìn)行仿真分析，結(jié)果說明 仿真與理論分析和計算結(jié)果根本一致， 應(yīng)用Muhisim10進(jìn)行虛擬電子 技術(shù)實驗可以十分方便快捷地獲取實驗數(shù)據(jù)， 突破了傳統(tǒng)實驗中硬件 設(shè)備條件的限制，大大提高了實驗的深度和廣度。 Multisiml0軟件為學(xué)生提供了一個極好的展示白己才華的平臺， 可充