差動放大電路的設計

1、模擬電子技術課程設計報告題目：差動放大電路的設計 班級：B電子122 學生姓名：嚴發(fā)鑫 學號： 指導老師： 沈兆軍 日期： 2014.1.5 信息工程學院目 錄一、設計的任務與要求3二、總體方案的選擇與設計3三、系統(tǒng)工作原理41、單元單路的設計與選擇42、元器件的選擇與參數(shù)計算43、總體電路圖設計5四、仿真測試與分析6五、設計總結14六、參考文獻14一、設計的任務與要求 利用Multisim設計一個差動式放大電路。主要參數(shù)：選用三極管2N2222A，采用12V的雙電源，差模電壓增益|Avd|20，共模抑制比KCMR20.二、總體方案的選擇與設計差動放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信

2、號，而且能有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，因而獲得廣泛的應用。特別是大量的應用于集成運放電路，他常被用作多級放大器的前置級。差分放大電路利用電路參數(shù)的對稱性和負反饋作用，有效地穩(wěn)定靜態(tài)工作點，以放大差模信號抑制共模信號為顯著特征，廣泛應用于直接耦合電路和測量電路的輸入級。輸入信號： 差模輸入直流信號 共模輸入 單端輸入交流信號 雙端輸入輸出分析（放大倍數(shù)、共模抑制比）差分放大電 路三、系統(tǒng)工作原理單元單路的設計與選擇如圖所示采用兩個完全一樣的三極管組成對稱式結構作為差分放大電路的基本單元。元器件參數(shù)及介紹根據(jù)電路設計的實際情況和參數(shù)要求，確定好元器件的參數(shù)和要求。如下

3、圖所示器件名稱型號和數(shù)量三極管2N2222A 2個開關2個電阻10K 1% 4個1K 1% 1個7.5K 1% 1個電位器470歐 1個2N2222A：它的特征頻率較高為300MHz,導通截止特性良好，所以被推薦用來做高速開關，同時可以用在音頻放大上。放大倍數(shù)100300，集電極電流Ic=600mA,集電極功耗Pc=0.3W。開關DSWPK3：由三個撥鍵構成，每一個撥鍵控制著一路信號的輸入與截至，開關上撥為導通狀態(tài)，下?lián)転榻刂翣顟B(tài)?？傮w電路圖設計利用Multisim的設計:建立如圖所示的差動放大電路。設置Q1、Q2均為結構相同的NPN型晶體管（2N2222A）。讓他們具有相同的基極和集電極偏置

4、電阻，使用電源由正負極性相反的12V雙電源構成，放置470歐姆的滑動變阻器控制兩個三極管發(fā)射極電阻相同。通過撥動開關J1可選擇在差動放大電路的輸入端加入直流信號、交流信號。、撥動開關J2可選擇接+0.1V、-0.1V直流電源或者接地。數(shù)字萬用表用來測量差動放大電路的直流輸出電壓，示波器用來測量差動放大電路的交流輸入、輸出電壓。 四、仿真測試與分析（1）靜態(tài)工作點分析在菜單欄中執(zhí)行Simulate/Analyses/DC Operating Point命令，設置4、5、6、8、 9、11、12為輸出節(jié)點，得出如圖靜態(tài)工作點分析結果需調整Q1、Q2 VCE=6V使得其工作于放大區(qū)。(2) 直流信號

5、輸入1)直流差模信號分析分別撥動開關J1、J2，在差動放大電路的輸入端加入直流差模信號，Ui=0.2V(Ui1=0.1V、Ui2=-0.1V),通過數(shù)字萬用表測得Uo1=2.093V，Uo2=7.147V。 通過分析計算差模放大倍數(shù) Aud=(2.093-7.147)/0.2=-25.27。 2)直流共模信號分析電路中加入直流共模信號，Ui=0.1V(Ui1=Ui2=0.1V),通過數(shù)字萬用表測得Uo1=Uo2=4.551V。共模電壓放大倍數(shù)Auc為零。 (3)交流信號輸入（單端輸入方式）分別撥動開關J1、J2，在差動放大電路的輸入端加入交流信號，設置函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率1KHz、幅值為10

6、mV正弦波信號。1) 單端輸出差模信號分析打開仿真開關，通過示波器觀察差動放大電路差模信號輸入波形和單端輸出波形，如圖所示，可看出輸入波形和輸出波形同相，可測得單端輸出幅值約為4.801V，而差模輸入電壓幅值為9.450mV，因此電路單端輸出差模電壓放大倍數(shù)為502)雙端輸出差模信號分析由于Multisim提供的示波器不能直接測量輸出端兩端電壓波形，因此需通過使用后處理器來觀察雙端輸出點壓波形。在進行后處理之前需要對電路進行瞬態(tài)分析，然后將瞬態(tài)分析結果進行后處理。瞬態(tài)分析是一種非線性電路分析方法，可用來分析電路中某一節(jié)點的時域響應。在進行瞬態(tài)分析時，Multisim會根據(jù)給定的時間范圍，選擇合

7、理的時間步長，計算所選節(jié)點在每個時間點的輸出點壓。通常以節(jié)點點壓波形作為瞬態(tài)分析的結果。在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，選擇節(jié)點9、11的電壓作為輸出變量，得到如圖所示瞬態(tài)分析結果。后處理器是專門對仿真結果進行進一步計算處理的工具，不僅能對仿真得到的數(shù)據(jù)進行加法、減法等運算，還能對多個曲線或數(shù)據(jù)之間進行數(shù)學運算處理。在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Postprocessor命令，在彈出的后處理器對話框中，選擇對兩個節(jié)點9、11輸出電壓進行減法運算。得到最后輸出的電壓波形。所以可測得雙端輸出電壓的

8、幅值約為253mV。因此，電路雙端輸出差模電壓放大倍數(shù)-25.3。這與步驟（2）進行的直流差模信號分析結果基本相同。4）雙端輸入分析在差動放大電路兩個輸入端同時加入同樣的交流信號1)單端輸出共模信號分析如圖所示可得其中一個輸入波形和單端（9點）輸出波形，可看出輸入波形和輸出波形反相，可測得單端輸出幅值約為4.609V，而差模輸入電壓幅值為9.958mV，因此電路單端輸出共模電壓放大倍數(shù)為約為50。2）雙端輸出共模信號分析在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，選擇節(jié)點9、11的電壓作為輸出變量，通過仿真得到如圖所示的瞬態(tài)分

9、析結果。在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Postprocessor命令，在彈出的后處理器對話框中，選擇對兩個節(jié)點9、11輸出電壓進行減法運算。得到最后輸出的電壓波形。所以通過仿真結果分析，在后處理表中我們可以得出在任意時間下兩個節(jié)點9、11的電壓均相等，可測得雙端輸出電壓的幅值僅為373nV，雙端輸出共模電壓放大倍數(shù)Auc1,因此，差動放大電路對共模信號具有較好的抑制作用。五、設計總結可見差動電路對共模信號有抑制作用。像溫度的變化對電源電壓的波動引起兩集電極電流的變化是相同的，因此可以把它們的影響看成是差動電路輸入端加入共模信號的結果。所以差動電路對溫度影響有一定的抑制作用，另外和輸入信號一起加入的干擾信號也可以被當作共模信號給抑制掉。但實際電路中兩管不可能完全相同，所以要求共模輸出電壓越小越好。在仿真中單端輸出信號出現(xiàn)明顯的失真，導致放大倍數(shù)出現(xiàn)偏差，通過靜態(tài)工作點調試，仍無法得到準確的輸出波形，仿真出現(xiàn)誤差。在實際應用中，既有有用的差模信號，也有無用的共模信號，差動電路對差模信號的放大能力和對共模信號的抑制能力，可以用共模抑制比KCMR這一指標來描述：KCMR定義為差模電壓放大倍數(shù)Aud與共模電壓放大倍數(shù)Auc之比的絕對值，即 KCMR=|Aud/Auc| KCMR越大，表明對共模抑制的能力越強，