低成本內(nèi)帶電源的隔離放大器

1、低成本內(nèi)帶電源的隔離放大器 - 電源在線（全面版）資料新產(chǎn)品簡介： 低成本內(nèi)置電源Low-Cost Internally Powered 特點： 小體積、標準 SIP12/DIP24 封裝信號輸入 /輸出/ 工作電源： 3000VAC 三隔離寬信號帶寬：60KHZ 帶負載能力強1K Q 內(nèi)置高隔離電源（典型輸出： 12V ， 30mA ） 5V / 12V / 24V 單電源工作寬輸入電壓范圍 較高的線性度（ 0.1% 0.2% ）和溫度范圍 0-10V / 1-5V / 0-5V / 4-20mA / 0-20mA隔離放大器 ICISOLATION AMPLIFIER IC應用： 模擬信號數(shù)

2、據(jù)隔離、采集0-10V / 0-20mA / 4-20mA隔離傳輸及供電 工業(yè)現(xiàn)場信號隔離傳輸及變換 地線干擾抑制 變頻器、電機控制 儀器儀表、傳感器信號隔離傳輸及變換 信號長線無失真?zhèn)鬏數(shù)葮藴市盘柕妮斎?/ 隔離輸出說明：ISO 系列隔離放大器在同一芯片上提供了電源及信號的隔離， 該混合集成芯片在同一芯片 上集成了一個磁電耦合 DC/DC 變換電源及一個 電流 / 電壓輸出的光電耦合隔離放大器。該 芯片除為內(nèi)部放大電路供電外，還可向外部輸出一路隔離電壓，供外部電路擴展使用。這一 特點可方便地為外部電路基準電源及外部放大電路或其他用戶應用電路供電。輸入及輸出側 寬爬電距離及內(nèi)部隔離措施使該芯片

3、可提供 3000VAC 絕緣電壓。ISO 系列產(chǎn)品使用非常方便，幾乎無需外部元件，即可實現(xiàn)信號電流源長線傳輸（如圖）3MQ mm4-20bA)主 0-50(0-02)SUA/YUAAl" 隔藹放大器IC,-«.i j 0.25 ：4嚴(o on0.50(0.02sun-yuanShen zhe n Sunyuan Tech no logy CO., Ltd.深圳市順源科技南湖學院低頻電子線路課程設計課 題：姓 名：指導老師：系 別：班 級：學 號：(1) 啟動軟件后建立新的工程文件，命名為Ian，并且在Project Tech no logy Files 欄中選擇“ ADS

4、 Standard:Length unil-millimeter ” ,打開原理圖設計窗 口。(2) 選擇File/New Design新建一個原理圖，命名為 bjt_curve,并在 Schematic Design Temples 欄中選擇“ BJT_curve_tracer ”。韋|415=11(3) 點擊，打開元件庫，在一中輸入41511，對41511的查詢結果可以看到里面有這種晶體管的不同的模型， 以sp為開頭的是S參數(shù)模型， 這種模型不能用來做直流工作點的掃描，選擇pb開頭的模型，切換到Design窗口， 放入晶體管按照下圖所示接入晶體管，連線按鍵為，注意確認線完全接好BJT Cu

5、rve Tracer+ VDCSRC1pb_lhp_AT4l511_19950125QI- Vdc=VCtJL I DCVCE =0 VIBB =0 A/V)SRC2 ldc=IBB 按Simulate彳"鍵，開始仿真，仿真結束，彈出結果窗口，如下BJT DC Collector Current vs. Collector-Emitter VoltageUse with BJicurvetracer Sc hem atic Template12-r10|BB=1.0DDE-4 IBB=©.OOCE-fl | 日日IQB=7DOCE-5rn-n nmr-rIBB=4. 口口

6、w-# IBS=3.000E-'5I9B=2 DOCE-4VCEValues at bias point indicated by marker ml. Move marker to update.m 1VCE=3.000 IC.i=0.006 IBB=0.0000603 0000018Device PowerVCFConsumption, Watts晶體管直流工作點掃描選定晶體管的直流工作點后，可以進行晶體管的S參數(shù)掃描，本節(jié)中選用的是S參數(shù)模型sp_hp_AT-41511_2_19950125這一模型對應的工作點為 Vce=2.7V、 lc=5mA(5)新建一個原理圖，命名為 SP

7、_of_spmod,并在Schematic Design Temples 欄中選擇“ S-Params”。然后新的Design文件生成，窗口如下Teinm Teinm2Num=2Z=50 OhmTerm TermlNum= 1Z=50 OhmSP1Starf=i .O GHzStop=10.D GHz Step=0.1 GHzDisplayTemplate dieptempl "S_ Pa ramsQua ddiB Smith" 加入sp模型的晶體管，并連接電路如圖TermTerrnlNunfl 1Z 50 Ohm-SP_P_AT-斗 I 51 1_2_19050125 S

8、NP1Blas="BJ（： VC&=2 .7V IC=5mA- Frequency=HCl 10-5 1 > GHz:*TermTermZZ 50 OhmS- PARA IVIE TE RSSP1Start=1i OHz St 口 p= 1 GHzStep = O 1 GHz| M盅 | DnspliayTEm口Icte dl-Bpcem 口1 sS_Paranns_G>uad_dB_Snnrth(7) 由于sp模型本身已經(jīng)對應于一個確定的直流工作點，因此在做S參數(shù)掃描S-PARAIWETERS的時候無需加入直流偏置。觀察sp模型晶體管的參 數(shù)顯示，在此例中，標定

9、的頻率適用范圍為0.15.1GHz，雙擊修改參數(shù)如右。PWAMETE 氏 SWEEP在控件中作S ParamSP1%甘口GHzStop =5 10 GHzStepO D5 GHi(8)點擊按鍵進行仿真。仿真結束后，系統(tǒng)彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，下圖所示的史密斯圓圖中就是BJT模型的S(1,1)參數(shù)和S(2,2)參數(shù)，它們分別表示了 BJT的輸入端口反射系數(shù)和輸出端口反射系數(shù)。sCMranq (10CiOHzto5.1DOGhz':freq C100.0 M Hz to 5,10 (K3H z)下圖列出了 BJT模型的S(1,1)參數(shù)和S(2,2)參數(shù)，它們分別表示了 BJT勺正向 和反射的功率

10、傳輸參數(shù)。z/1廠R everM Tran an isaon, dB -WForward Transmission, dB話555匕匕.5(9)接著點擊 !，激活的是數(shù)字列表的顯示方式，在SP_of_spmoi中選擇S(1,1)，然后再點擊 f * 按扭，點確認就可在數(shù)據(jù)顯示窗口中插入一個 關于S(1,1)的數(shù)據(jù)列表，就可以觀察 在每個頻率處的S(1,1)參數(shù)的幅度 和相位值了。如右圖所示。(10)雙擊圖中的S參數(shù)仿真控制器，選中其中的Calculate Noise選項，單擊確認，再次仿真， 點擊疋按扭，激活的是圖形顯示方 式，在左邊所列的參數(shù)列表中選擇freqSC1.1)1DOD MH20

11、550/65.1500 MHz0 52C y-85.000200.0 MHz0.4W/-WS.iHW250.0 WH30.475/117,0003D00 MHz .+60 J-125.350.0 MHZO+S5/-13£.SM400 0 MHzD+M/*144JXK4SO D MHz£J4«/-19.5<K50Q.D MHzJ 440/-155,iHK550.0 WHs口斗 35/153,500&D00 MHz +3OJ-TS2.650 0 MH20+35/-165.SM700 0 MHzO.+4D/*1B9.jOT7&0 D MHz 440

12、/-172.(KK800.0 MHz0 440/-175.S5D.0 WHs口.44。/77"傾9D0 & MHza.44Q/_179.(XW950.0 MH2 1.MKIGHZ 1.&5C GHz 1 1 兀 GHzO+44J/ 173.SD00MC/ 176.000C.44U/ ir4.5DD0.4W/173 DOO1 1&CGHs1.20CGHz0 440/171.000 G.WHG&.CGO1.25Q GH2fl 44C/167.5001.34X1GHZ0 440； 165.D01250 GH 盂0445/163-5001.400 GHz0.4

13、5C/162WJO1.4弭 t5Hz04MJ/teti WO1.&0C GHzG4&0J 1£&.CCO1 SSaGHs04545/157.000n（f2），然后點擊訕，確認，然后在彈出的數(shù)據(jù)顯示格式對話框中選擇dB,就在數(shù)據(jù)框中插入了一個關于n（f2）的矩形圖，如下圖所示SP模型仿真設計很多時候，在對封裝模型進行仿真設計前，通過預先對sp模型進行仿真，可 以獲得電路的大概指標。sp模型的設計，通常被作為電路設計的初級階段。 本節(jié) 首先設計sp_hp_AT-41511_2_1995012在2GH處的輸入、輸出匹配。1.構建原理圖（1）建立新的工程文件，命名為

14、spmod_LNA并在Schematic Design Temples欄中選擇“ Simulation-S_Param ”。（2）在庫中選出晶體管sp_hp_AT-41511_2_19950125放在原理圖窗口（3）點擊丄_1，放置負載終端元件Term1, Term2兩個端口。（4）然后在原理圖中插入兩個地線。（5）點擊，放置輸入阻抗測試控件Zin，插入到原理圖中。(6)點擊，放置s參數(shù)掃描控件。并修改為上一節(jié)中的相同值連接電路圖如下。fermi Num=1 -2=0 0bn.S-PARAf/ICT 匚RSsr|3jkT41L.11_2_1S&L0126 -.SNP1 -lc=5mA*

15、 .Freque10 5 10計一I旳I 血m2|I2=60 Ohm .顧ZinlZin 1 jin(Sl1TPniZ1)SP1 .Start=O W GHzSlop-5.10 GHzStep=0 05 Cth2. SP模型的仿真(1) 執(zhí)行仿真，并等待結束。 仿真結束后，在彈出的數(shù)據(jù)顯示窗口 中插入一個關于輸入阻抗Zin1的數(shù) 據(jù)列表，如圖所示。(2) 由列表中可得到2GH點 的輸入阻抗為：20.083/19.829。換 算為實/虛部的形式為18.89 +j*6.813.輸入匹配設計1.600 G Hz 1.S50H2 1.700 6 Hz1.750 GHz 1 .StJO G Hz 1 .

16、S50 G Hz 1.900 GHz 1 00 GHz 2.000 GHz 2.D50 G Hz Z.1OO0H& Z.1500Hz 2.200 Q Hz ±250 估 Hz 2.300 GHz Z.350 GHz 2.W0Hz 2.450 4 Hz z.saooHz Z百爭OGHIz 2.8QDGHS 2:.e506Ms 盤 7OQGHN2.750 GHz Z.SODGHa 2.G50GM2 2.9U0GH3 Z.SOGHtz 3.000 5.050 S.dOOGHzZin1la.IQS / 1 .1&7 18.555/4.075 18.B7*/0.9M 18.S1

17、4/Q 22 1S.0Q4/ 11 455 1S.211 ? 13.B37 19.95/16.7&5 1Q 7Q7 M 7 S30 2Q.0S3 / 1陰20 20.140/21.6(16 20.22/23.383 20.6/25 240 21.095 <27 J017 21.4S4/S9 jge 21.e30r2Q.42S 22.3S631 10122 011 <32.693 23.173? 54.1 M 231/36.59323 833 r 30 .57524 4-ig r57j523 24.765/3855 25.1Or02M25 676/41 0&526 2

18、27 f 412B 657 7 43.095 27.111 / 44.273 27.708 44 日00 28.320 BOB 26.630/4898 25.362/47 75d本部分將為SP莫型設計一個輸入的茶杯網(wǎng)絡，匹配網(wǎng)絡是采用微帶 線實現(xiàn)的，具體過程如下。(1) 選擇TLin es-Microstrip 元件面板，并在其中選擇微帶線參數(shù)配置工具MSU并插入到原理圖中(2)(3)如圖右所示。其中參數(shù)的含義是：H:基板厚度Er:基板相對介電常數(shù)Mur:磁導率Cond:金屬電導率Hu:封裝高度T:金屬層厚度TanD:損耗角Roungh:表面粗糙度雙擊MSU控件，設置微帶參數(shù)，IV1 SubM

19、SUBMSubTH=0.8 mm .E二 43 .Mu r= 1Cond=5 88E+7Hu=1.(7e+33 mm T=O33 mm JanD=1e-4 Rough=0 mm(4) 選擇_-元件面板，點擊選擇采用單分支線匹配電路SSMtch放置在原理圖中。(5) 雙擊SSMtch®行設置，設置好后如圖 所示。(6) 選中SSMtch電路，并單擊菜單欄中的 在此時系統(tǒng)彈出Desig nGuide>Passive Curcuit,窗口中選擇砧icrostrip Control Wiridow項，進入Passive Curcuit DesignGuidep窗口，在窗口中單'

20、DA_SS M nt iti 1 _spftl Xl_ LN ADA_SShJ.SubiitMSub1n .F二2 GHzz in=55 Ohmzload-1 fcai'zstutr-59 Ohm-xbne=50 Qhrn DeiriO mm擊 按鈕，系統(tǒng)將自動完成設計過程。綜合完畢后,即可生成適合的匹配網(wǎng)絡。(7)匹配網(wǎng)絡生成后，點擊，進入匹配網(wǎng)絡的子電路，如圖所示。Singfe-S-tub Mertch D&sijari AssistantPassive Circuit D&signGbiideNEEd Help? F'lasw see Hie Passiv

21、e ciircuit D&slryGulde Us&r Manual|RaraffuglerRWlStJtiPKiS將6 Olirn#1Ohm#5Q CFnSCTOhrn#PortPiNum=1TEE TeelSuijSt=,MEubr wi=i.sss mmW2= 1.558 mmW3=1.SSS mmII<>ML INTL2Subst=,MSubVW=1.5BS mmL=4 j5朋 mmPontP2Num=2MLEFTL ISufcst=MlvlEub1lW=1.558 mm L=10 502 mm（8）設計完成后，單擊 按鈕返回SP仿真的原理圖中，將剛剛設計的

22、匹配電路插入到圖電路中，作為輸入匹配電路，如下SPA SSklatchl pmod LIIA DA.SSMatchlSubrt-MSubT' JF2 GHileffrTerrrl +工.=：HZEin書口.(jhESNP1-II-term'Ierm2'Num=2 上=50 Ohm畫Zm,xml! Zini«zn(S11 FortZI)MSub_., 2lcad=1 &89*6 biZstutFOOhm zline=50 Ohm Delta =0 mm5-PARAM ETER5比 ParamSP1 -Siarifl id GHz Stop =5 W GH

23、z; Step 三 0 tf5 GHz,msb .,MSublH=0,8 mni Er=4 3Mur=1 -Gbnd=5.36E+7 . Hj=1.0e+J3 'rm T=0 D3 mmTanD=1e-4RzmghM rmi（9）電路連接完成后，執(zhí)行仿真，等待仿真結束。（10） 仿真結束后在數(shù)據(jù)顯示窗口中查看電路的 S（ 1，1）參數(shù)和S（2, 2） 參數(shù)的史密斯圓圖，并在頻率為2GH處分別插入標記，如下圖。f致廠 Qi； nMHrh- h ” 皿世；m1=2 000011S41 1|=0 024 /-152 320P 二 20(D 96曹-J0 021m2MftT? 0006HZS?

24、.2t=0 &92 -4J* 780lmpWK&二 PD* 燈0&54白iraq(1WDMi-bXi 潮町從圖中可以看出，對于輸入端口來說，反射系數(shù)已經(jīng)很小了，并且輸入阻抗 也接近負載阻抗50Q;但對于輸出端口來說，反射系數(shù)仍然不是很小，且輸出阻抗與負載 阻抗還有一定的差距。(11) 觀察數(shù)據(jù)顯示窗口中關于 S( 1, 2)參數(shù)和S (2, 1)參數(shù)的矩形圖。從 圖中也可以看出，S ( 1， 2)參數(shù)和S( 2， 1)參數(shù)也有一定的改善。-二2DO R-4D- XL&smp& Lfflmpf-pq GHj-1C'1S.726d 1 a 2Im4k

25、eq-2 000GH2二 gjggm3fiyq-3 OODGHz(12) 在數(shù)據(jù)顯示窗口中查看阻抗Zin1的數(shù)據(jù)列表，職下圖所示，從圖中也可以看出，當頻率為2GHZ寸，電路的輸入阻抗接近50QofreqZin11.G0Q GHz27 .949 巧6 94呂1 650 GHz30.014 + j7.4541.700 GHz32.364 *j7.7151 750 GHz34.663 +J7.56D1.800 GHz37.177 +7 0321 850 GHz39.868 +16.0241 90DGH742 6 W +jd4171 斬 GHz45 dD7 +j2 0912.000 GHz47.&am

26、p;11 - i1.D4549.&4S j4.2002 100GHz51.405 jO.OSO2 150 GHz51.040 -j13 4252 200 GHz50 795 -j13 9532 250 GHz43 356 -123 6SD2 300 GHz44 392 -J27 6SD? 350 GHz40 477 - i3l 11415 610 -j33 3062 JSOGHz31.2062 &00GHJ藥辭£ )31 7422 SSOGHi22 787 -J33J9642 6Q0GHi19 1&9 -J32 7352 65D GHz16 077 - j31

27、.3712.70D GHZ13391 - 1297442750 GHz2.800 GHz2B50GH27 674-124 D522 900 GHz6 330-J2Z2332 950 GHz5 252 j20 3&S3 ODD GHz4 354 -j10 6393 050 GHz3 57D - jl6 963由以上的仿真結果可見，電路基本上已經(jīng)達到了比較好的性能，職：良好的輸入匹配、 較高的增益、穩(wěn)定系數(shù)和噪聲系數(shù)。但另一方面，輸出匹配設計匹配還不太好，電路的增益也可進一步的提高。下面就進 行輸入阻抗匹配設計。(1) 對于輸出及也使用單分支線的結構進行匹配選擇TLines'Mic

28、rostrip”，點擊微帶線工具和T形接頭工具一1，連接電路如圖，元件的方向可以按調(diào)整。(2) 由輸入匹配的設計，可知輸入匹配網(wǎng)絡的線寬為 1.558mm (當然，實際制作電 路的時候，不可能達到這樣的精度) ，根據(jù)綜合時的設置，這個寬度實際上就是 50歐姆特征 阻抗對應的線寬。因此，在輸出匹配電路中，將所有的寬度設置為此寬度。如圖。TL1MLIN-MLINSubs'1/ISubr. ,VV=1 -.598 mrn ”L=2 S mm:E_ADS . lheSutst= TVlSubl “ W1 -W21.588 rurri =1.588 mm =1.b8H mm-TL2-Subst=

29、-lV1 Subl”W=1.500 mmL=2 5 mmE F T i n r r-HTU3ubst=T?i3ubr'_J W=i.S&Bmm至 L=Z5mnr(3) 完成微帶線參數(shù)后，將輸出匹配網(wǎng)絡連接到SP模型中去，如下圖所示。Tfrnnl' J A. H： '-J - r _i 1 irr o-Num=l b<SSM3fchi"Z-50CHiubbi-3uM'1id. KTLl''''SLlt-'TUSubVF廠 1 533 mrrL«2- 5 mrn-F-2 GHr Zin-5D

30、Otm.” 7lnan=J 11./3tjb=FOiOhm ,Zlirt-6J 3hrrDefQ=J nm-MT| 上JOE - lit* - sJsFlUSxd- W1 W2t=1 .磁 rr m- 5BS rrmW3=1 Stfc rrmHAFWMLILRSJPF角9lart=0 1C &</SlQp= 1C GTz8tep=0 Q5 GHzMizF '' ti 11 SJiEkMSbbl1.LJ W=1.5S3 mmM歸m,了ip'Zinl ''fcinlanfSIl.PbnZt ''MUNT12 ''

31、''SLlst-ISubr vri .535 nr -L»2 5 mmdl- 2二-50 Of I miF4SJ&'MSlibl HP 3 mm Er=43Hit=l CoM=5 3SE*7_ Hul 0«+33 mir DI rnnT3nD1e4 RougliC mm(4) 在原理圖設計窗口的OpUm/Stet/YieWME 元件面板列表中選擇一個優(yōu)化控件Optim并插入到原理圖中。將優(yōu)化控件中的Maxlters的值改為200,增加優(yōu)化次數(shù)。再在列表中選擇2個優(yōu)化目標控件GOAL，并插入到原理圖中進行設置，設置好后如圖所示。GoalOpbm

32、Gcal2Expi-dBfSfl.nySimlnstaric9Name=lhSP2'Min=Max =-20Weiglit-RangeVar1=RangeMin1=RangeMa41l=GoalOptim Go 創(chuàng) 1ExphdB(S(22)rSimin stanceNam e - "SP 2"Min=Max-15Weight 巧Range Var I-RangeMin1=Range Ma4H=(5)插入一個新的S參數(shù)仿真控制器，并將其頻率范圍設置在2GHz附近，如右圖。S-PARAMETERSSFaramSP2Start-LS GHzSfoD-2 2 ST（6）設

33、置TLIN1和TL3的優(yōu)化范圍。雙擊TLIN1，先中L項，然后單擊進入如下窗口。把 Optimization項設置好后如圖所 示，就把優(yōu)化范圍設置為 2.0mm到40mm。 TL3的設 置方法和參數(shù)同上。（7）進行仿真，仿真結束觀察 S（ 1，1 ），Sfreq. Grtz4D -6001J3455帕q. Gm- 加-4O回-0a azloCB 匚巴mp（1，2） S （ 2，1） S （2，2）的數(shù)據(jù)曲線如下圖所 示。從圖中可以看出，經(jīng)過優(yōu)化后，S（ 1 , 1）的參數(shù)反而不如不加輸出阻抗匹配網(wǎng)絡前，這是由于加入匹配網(wǎng)絡后，改變了原來電路的輸入阻抗，使電路的輸入阻抗不再為 50歐。但S（2,

34、2）有了很大的改善，優(yōu)化后的 S（ 1，2）和S（2，1）也有了不同程度的改善。（8）反復調(diào)整優(yōu)化方法、優(yōu)化目標中的權重Weight，還可以對輸入匹配網(wǎng)絡進行優(yōu)化，最終得到合適的結果。綜合指標的實現(xiàn)1.放大器穩(wěn)定性分析首先來分析放大器的穩(wěn)定性，放大器的穩(wěn)定性理放大器的一個重要的指標， 如果電路穩(wěn)定系數(shù)變得很?。ǖ陀?.9）,貝U難以達到預期性能。（1）在元件面板中選擇一個穩(wěn)定系數(shù)測量控件 StatbFct,并插入到原理圖中，如右圖所示。（2）使原理圖設計窗口中的優(yōu)化控件失效，進行仿真 StabFact "" SlabFacil -（3）封裝模型仿真設計進行完sp模型設計以后

35、，需要將sp模型替換為封裝模型來作進一步設計，有 以下工作需要進行將sp模型替換為封裝模型。選擇直流工作點并添加偏置電壓。偏置網(wǎng)絡的設計。封裝模型電路的S參數(shù)仿真。直流偏置網(wǎng)絡設計1. 偏置網(wǎng)絡計算（1）打開直流工作點掃描的電路原理圖bjt_curve，并在原理圖中BJT的基 極加入一個節(jié)點名稱VBE。（2）將原理圖中的直流電壓源SCR1的Vdc改為2.7V。（3）刪除參數(shù)掃描控件PARAMETER SWEEP。（4） 雙擊直流仿真控件，在參數(shù)設置窗口中選擇Sweep選項卡，按下面內(nèi) 容進行設置SweepVar=IBB,表示掃描變量為IBB.Start=0uA，表示掃描起點為OuA.Step=

36、1OOuA,表示掃描終點為100uA. Step=1OuA,表示掃描間隔為10uA.（5）雙擊變量控件VAR，將其中的變量VCE刪除。（6）進行仿真。（7）數(shù)據(jù)顯示窗口出現(xiàn)后，在數(shù)據(jù)顯示窗口插入一個數(shù)據(jù)列表，如下，從圖所示列表中可以看出，當 VCE=2.7V、IC=5mA時，IBB=50uA、 VBE=799.2mV。ibb nCiVBEIBB0.0002 637 pA69.91 mVoooo1 OOOE&1 055 mA754 3 mV1.000E-52.000E-52.074 mA773.3 mV2.000E-53.000E-53.053 mA784.6 mV3.000E-54.0

37、 ODE-53.996 mA792 7 mV4.000E-55.0 ODE-54.S06 mA799.2 mVS.OOOE-56.000E-55.786 mA804.5 mV6 000E-57.000E-5.639 mA809 0 mV7 000E-58 CODE-57 407 mA813 0 mV8 OOOE-5OOOOIE8 273 mA816 6 mV9 000E-51 OOOE49.057 mA819.8 mVI.OOOEI（8）在數(shù)據(jù)顯示窗口中插入兩個偏置電阻計算的方程，分別為Rb=（2.7-VBE）/IBB 和Rc=2.3/IC.i，如圖2. 偏置網(wǎng)絡仿真封裝模型的仿真1. 重新建

38、立原理圖(1) 打開spmod_LAN的電路原理圖，并以LAN_package為名稱保存。( 2 ) 刪除2、單級差分放大器的設計設計如圖所示的電流源負載放大器，要求滿足下列指標:工藝ICC網(wǎng)站的0.35um CMOS工藝電源電壓3.3V帶寬10MHz輸入電壓為1.6V時的增益35dB負載電容6pF設計提示：a) M1和M2尺寸相同；b) Iref盡可能??；設計步驟：1、仿真單個MOS的特性，得到某 W/L下的MOS管的小信號輸出電阻和跨導。2、根據(jù)上述仿真得到的器件特性，推導上述電路中的器件參數(shù)。3、手工推導上述尺寸下的共源級放大器的直流工作點、小信號增益、帶寬。4、如果增益和帶寬不符合題目

39、要求，則修改器件參數(shù)，并重復上述計算過程。5、 一旦計算結果達到題目要求，用Hspice仿真驗證上述指標。6、 如果仿真得到的增益和帶寬不符合要求，則返回步驟2，直至符合要求。第六節(jié)、差動放大器 一、電路結構和命名方法因為可以從兩個輸入端輸入一個電壓差，又可以從兩個輸出端輸出一個被放大的電壓 差，所以被稱為差動放大器。、單端輸入雙端輸出電路結構運行原理1、靜態(tài)工作點分析Ubi = Ub2=0V，Ue = 0V-0.7V = -0.7VIe = I c1+Ic2 = （E2-0.7V）/R e=2mA， lci= I c2= 1/21 e=1mAUci= U c2=E仁Urc1=E仁Ic1 X

40、Rc1 = E1-IC2X Rc2= 4V2、電路運行原理 、正半周的輸入信號使三極管A的基極電流增大，集電極電流也因基極電流的增大而增大，集電極電阻上的電壓URC1應因此而增大，集電極電壓因此而下降。 、三極管A的發(fā)射極電流增大， 會導致流過Re上的電流增大，Re上的電壓也因此增大，由于三極管 B的基極接地（Ub2=0）,所以三極管 B的發(fā)射極與基極之間的電壓差被減 小，發(fā)射極電流也因此減小，集電極電流也因此減小，集電極電阻上的電壓Urc2減小，集電極電壓因此而上升。 、當輸入信號為負電壓的時候，兩個三極管集電極的電壓發(fā)生反向的變化。 輸入信號使兩個輸出端分別輸出一個對稱的下降和上升的被放大

41、的電壓差。3、差動放大器在單端輸入時的輸入阻抗對于差動放大器在單端輸入時的輸入端來說，三極管D2的發(fā)射極輸入阻抗就是第三極管D1的發(fā)射極電阻的一部分，因此從輸入端看進去，這個阻抗被放大了（供1）倍。相對于差動放大器的發(fā)射極電阻Re來說，三極管 D2的發(fā)射極輸入阻抗很?。╖eb=26/leo），所以，可以基本忽略 Re的影響。又由于兩個三極管的參數(shù)基本一致，三極管 D2的發(fā)射極輸入阻抗 Zeb被放大（供1）倍之后，基本等于三極管D1的基極輸入阻抗 Zbe,所以，差動放大器在單端輸入時的輸入阻抗；相當于同等條件下共發(fā)射極放大器的輸入阻抗的兩倍。4、差動放大器在單端輸入時的電壓放大倍數(shù)由于差動放大器

42、在單端輸入時的輸入阻抗；相當于同等條件下共發(fā)射極放大器的輸入阻抗的兩倍，所以，兩個三極管的Ube和Ueb分別只能獲得輸入信號電壓的1/2，所以，由此而引起的基極電流變化量也只有同等條件下共發(fā)射極放大器的基極電流變化量的1/2，電壓放大倍數(shù)也就相應地為同等條件下共發(fā)射極放大器的電壓放大倍數(shù)的1/2。5、差動放大器輸出電壓的動態(tài)范圍差動放大器的輸出電壓只能在發(fā)射極電壓與電源電壓正極之間變化，所以，兩個三極管的集電極靜態(tài)工作電壓在等于發(fā)射極電壓與電源電壓正極之間一半的位置時，有最大的動態(tài)范圍。由于發(fā)射極電壓與基極電壓之間0.7V的電壓差可以忽略，所以，可以將取兩個三極管的集電極靜態(tài)工作電壓設置等于零

43、與電源電壓正極之間一半的位置。的性質(zhì)相反，這是由于共發(fā)射極和共基極放大器只有一個三極管一一基極與發(fā)射極之間只有 一個二極管的正向?qū)ㄗ杩沟奶匦运?。從共發(fā)射極和共基極放大器輸出電壓失真的特點來看，輸出電壓負半周的電壓放大倍數(shù)隨著輸入信號電壓的增加而逐漸加大，輸出電壓正半周的電壓放大倍數(shù)隨著輸入信號電壓的增加而逐漸減小，而輸出電壓負半周的電壓放大倍數(shù)隨著輸入信號電壓的增加而逐漸加大的 趨勢更明顯一些。 所以，從總體來說，共發(fā)射極和共基極放大器的電壓放大倍數(shù)是隨著輸入 信號電壓的增加而逐漸加大的趨勢。、圖B是差動放大器輸出電壓失真的特點一一輸出電壓正負半周失真的性質(zhì)相同， 這是由于差動放大器的兩個

44、三極管的基極與發(fā)射極之間的正向?qū)ㄗ杩故且粋€反向串聯(lián)的 關系。這種反向串聯(lián)的關系使得在信號較小的時候，差動放大器輸出電壓的失真因輸入端二極管正向?qū)ㄗ杩沟姆聪蜓a償而減小。又由于二極管正向動態(tài)導通阻抗的反向串聯(lián)關系，隨著信號的增大而動態(tài)導通阻抗增大的作用會越來越占據(jù)主導地位，所以，差動放大器隨著輸入電壓的逐漸增大，電壓放大倍數(shù)是逐漸減小的趨勢，這種特性很便于振蕩器的穩(wěn)幅。靜態(tài)工作點與單端輸入電路相同運行原理：當輸入信號Ui為正電壓的時候，變壓器同名端的結構使三極管B的基極此時獲得正半周的電壓輸入 Ui2。三極管B的基極電流Ib2因此增大，集電極電流因基極電流 的增大而增大，集電極電阻上的電壓UR

45、C2也因此而增大，集電極電壓UC2因此而下降。同時，變壓器同名端的結構使三極管 A的基極獲得負半周的電壓輸入 -Uii。三極管A的 基極電流Ib1因此減小，集電極電流因基極電流的減小而減小， 集電極電阻上的電壓 URC2也 因此而減小，集電極電壓 UC2因此而上升。差動放大器兩個三極管輸出端分別輸出一個對稱的下降和上升的被放大的電壓差。兩個三極管的集電極電壓各自與基極電壓的相位相反。當輸入信號負電壓的時候，兩個三極管集電極的電壓發(fā)生反向的變化。由于兩個三極管的發(fā)射極電流一個增大，一個減小，發(fā)射極電阻上的電流沒有發(fā)生變化，因此發(fā)射極電壓 Ue也保持不變。四、差動放大器適合放大直流信號的原理1、其

46、它放大電路的輸入結構如圖所示:放大器輸入端與地之間都有直流電壓差，因此放大器輸入端與信號輸入之間必須接上一個隔直流電容，以保證三極管能獲得正常的靜態(tài)偏置電流，放大器也因隔直流電容的存在而不能放大直流信號2、差動放大器的輸入結構如圖所示:如圖A 所示，差動放大器的輸入端沒有直流電壓差，可以不需要隔直流電容，因此可以 放大直流信號。如圖B所示，差動放大器的輸入端也可以加上隔直流電容，因此也可以只放大交流信號而不放大直流信號。五、電路設計1、雙電源結構如圖 A所示：條件：雙電源 Ei=E2=12V要求：每個三極管的集電極電流|c仁|c2 1mA 、Re的設計差動放大器的總靜態(tài)工作電流由發(fā)射極電流決定

47、，所以，首先根據(jù)E2和設計Re的阻值來獲得規(guī)定的集電極電流。T |ci + |c2=|Re=(E2-0.7V)/R e Re=(12V-0.7V)/2 沁 6K Q 、Rci和Rc2的設計差動放大器的電路結構；決定了三極管的集電極輸出電壓只能在電源正極發(fā)射極電壓之間變化。所以，三極管的集電極靜態(tài)工作電壓應當設計在電源正極和發(fā)射極電壓之間的中間/ Urci=Urc2Ei/2 6V/ |Rci = | RC2=1mA Rci=Rc2=U rc/| Rc=6V/1mA=6K Q2、單電源結構如圖 B所示： 、Rb1和=Rb2的設計單電源結構與雙電源結構的區(qū)別在于，需要用Rb1和Rb2串聯(lián)電路給兩個差

48、分三極管的基極提供一個與電源電壓的正負極有合理關系的對地電位。這個對地電位一方面應給兩個差分三極管的集電極以足夠的輸出電壓動態(tài)范圍，另方面應給兩個差分三極管的發(fā)射極與電源負極之間以足夠的電壓來獲得規(guī)定的發(fā)射極電流。Rb1和Rb2的比值大致相等時，能滿足上述條件。所以，取Rb1=Rb2。因為流過Rb1和Rb2的電流必須大大于兩個差分三極管的基極電流，才能對電路的地電 壓有足夠的穩(wěn)定作用。所以取流過Rb1和Rb2的電流為兩個差分三極管的基極電流的10-50倍；比較能滿足上述條件。假設兩個差分三極管的B值都是100,在兩個集電極電流之和 =1mA的情況下，兩個差分三極管的基極電流之和 =20uA，貝

49、U Rb1+Rb2=E/20uA(10-50)10K Q -60K Q之間。 、Rc1、Rc2、Re的設計與雙電源結構的原理相同。課堂作業(yè)：1、條件：E仁E2=12V、lco=1mA。要求：畫出電路結構、設計并標出元件和靜態(tài)參數(shù)、畫出輸入和輸出波形、計算電壓放大倍數(shù)Av、計算輸入阻抗Zi、輸出阻抗Z。、2、條件：E=18V、I co=6mA、3=50。要求：畫出電路結構、設計并標出元件和靜態(tài)參數(shù)、 畫出輸入和輸出波形、計算Av、Zi、Zo3、 條件：E=3V、Ico=0.5mA、3=350。要求：畫出電路結構、設計并標出元件和靜態(tài)參數(shù)、 畫出輸入和輸出波形、計算Av、Zi、Zo試驗四鎖定放大器

50、鎖定放大器可以通過信號處理，檢測出強噪聲下非常弱小的信號。如果該信號為Osi n(in V V t 3 =我們再用它乘以方波的傅立葉級數(shù)的展開式41sin(sin(3.3sq V t t3? n?+?然后我們得到：00oskJM|w042221cos(2cos(4cos(6.31535out V V t t t_ ?注意:直流輸出與輸入電壓成正比。為了完成上述功能，在實驗中，我們可以使用開關電路，sq V高電平時導通in V ,sq V低電平 時通過in V -。詳見下圖所示。sq V源自參考信號。參考信號需要通過比較器轉化成方波信號。 在本試驗中我們將使用339比較器。1考慮如何使用4016模擬開關和339比較器2組建電路3用1in ref V V V = 交流去測試電路。4用數(shù)字萬用表檢測輸出端的直流成分。z輸出端的直流成分與你所預期的一致嗎？z輸出端的直流成分隨頻率變化嗎？它應隨頻率變化嗎？在第一部分，我