帶恒流源的差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)

1、帶恒流源的差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)帶恒流源差動(dòng)放大器是一種應(yīng)用十分廣泛的電子電路。本文扼要地分析了帶恒流源差動(dòng)放大器的基本原理和設(shè)計(jì)了滿足要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并應(yīng)用PSPICE對(duì)帶恒流源差動(dòng)放大器的工作特性進(jìn)行了仿真分析和研究, 給出了一般的差動(dòng)放大器電路的分析方法，闡明了仿真軟件在電路分析與設(shè)計(jì)中的意義。緒論隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸進(jìn)入電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。 在電路設(shè)計(jì)工作方面，最初使用的是Protel公司DOS版本的Tango軟件，在當(dāng)時(shí)這一軟件被看作是多么的先進(jìn)，如今，隨著Windows95/98及NT操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，一些更方便、快捷的電路設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生。PSpice軟件具有

2、強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號(hào)制作功能，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成網(wǎng)表，模擬和計(jì)算電路。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可用于電子線路、電路和信號(hào)與系統(tǒng)等課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，還可實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。PSpice軟件幾乎完全取代了電路和電子電路實(shí)驗(yàn)中的元件、面包板、信號(hào)源、示波器和萬用表。在電子技術(shù)應(yīng)用方面，一些電路經(jīng)常需要在波形的變化與變換，定時(shí)與檢測，控制與報(bào)警等方面被使用。 運(yùn)用pspice對(duì)帶恒流源的差動(dòng)放大電路分析簡便明了，解決問題的速度得到了很大的提高。一、 設(shè)計(jì)目的：熟悉Pspice的仿

3、真功能，熟練掌握各種仿真參數(shù)的設(shè)置方法，綜合觀測并分析仿真結(jié)果，能夠綜合運(yùn)用各種仿真對(duì)電路進(jìn)行分析，學(xué)會(huì)修改模型參數(shù)。掌握利用Capture來繪制圖形方法。掌握修改元件模型參數(shù)（Model parameter）方法。掌握靜態(tài)（Bias point）分析方法。掌握瞬態(tài)(Transient analysis)分析方法。掌握交流掃描(Ac sweeep)分析方法。掌握利用Probe功能來查看數(shù)據(jù)方法。通過理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。二、 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)與仿真一個(gè)帶恒流源的差動(dòng)放大器。要求有合適靜態(tài)工作點(diǎn)(Ic1=Ic2=1ma )，單端輸入、單端輸出（或雙端輸出），且Avd

4、大于50，Kcmr大于40dB，頻帶Fh 1Mhz，其中負(fù)載RL=10K、電源Vcc 及Vee 均為15V三、 設(shè)計(jì)電路四、 Pspice仿真及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo) 靜態(tài)工作點(diǎn)的分析* 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * CIRCUIT DESCRIPTION* Creating circuit file 222-SCHEMATIC1-bias.sim.cir * WARNING: THIS AU

5、TOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS*Libraries: * Local Libraries :* From PSPICE NETLIST section of C:Program FilesOrcadLitePSpicePSpice.ini file:.lib nom.lib *Analysis directives: .OP.PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*) .INC .222-SCHEMATIC * INCLUDING 222-SCHEMATIC

6、 * source 222Q_Q5 N01321 N01261 N01410 Q2N2222V_V2 VDD 0 15VdcQ_Q4 OUT2 N01502 N01321 Q2N2222V_V3 VEE 0 -15VdcQ_Q3 OUT1 N01033 N01321 Q2N2222V_V4 UI 0 +SIN 0 1 1k 0 0 0R_RC1 OUT1 VDD 10k R_RC2 OUT2 VDD 10k R_Rb2 N01502 0 100 R_R1 N01261 VDD 68k R_R2 VEE N01261 36k R_Rb1 UI N01033 100 R_RL 0 OUT1 10k

7、 R_Re3 N01410 VEE 4.6565k * RESUMING 222-SCHEMATIC1-bias.sim.cir *.END* 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * BJT MODEL PARAMETERS* Q2N2222 NPN IS 14.340000E-15 BF 255.9 NF 1 VAF 74.03 IKF .2847 ISE 14.340000E-15 NE

8、1.307 BR 6.092 NR 1 RB 10 RC 1 CJE 22.010000E-12 MJE .377 CJC 7.306000E-12 MJC .3416 TF 411.100000E-12 XTF 3 VTF 1.7 ITF .6 TR 46.910000E-09 XTB 1.5 CN 2.42 D .87 * 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * SMALL SIGNAL

9、BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C* NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE( UI) 0.0000 ( VDD) 15.0000 ( VEE) -15.0000 ( OUT1) 2.5703 ( OUT2) 4.8474 (N01033)-647.8E-06 (N01261) -4.9017 (N01321) -.6453 (N01410) -5.5644 (N01502)-647.8E-06 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V2 -2.

10、551E-03 V_V3 2.307E-03 V_V4 -6.478E-06 TOTAL POWER DISSIPATION 7.29E-02 WATTS* 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG C* BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORSNAME Q_Q5 Q_Q4

11、Q_Q3 MODEL Q2N2222 Q2N2222 Q2N2222 IB 1.22E-05 6.48E-06 6.48E-06 IC 2.01E-03 1.02E-03 9.86E-04 VBE 6.63E-01 6.45E-01 6.45E-01 VBC -4.26E+00 -4.85E+00 -2.57E+00 VCE 4.92E+00 5.49E+00 3.22E+00 BETADC 1.66E+02 1.57E+02 1.52E+02 GM 7.73E-02 3.91E-02 3.80E-02 RPI 2.34E+03 4.43E+03 4.43E+03 RX 1.00E+01 1.

12、00E+01 1.00E+01 RO 3.89E+04 7.77E+04 7.77E+04 CBE 6.87E-11 5.24E-11 5.20E-11 CBC 3.82E-12 3.68E-12 4.40E-12 CJS 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 BETAAC 1.81E+02 1.73E+02 1.68E+02 CBX/CBX2 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 FT/FT2 1.70E+08 1.11E+08 1.07E+08 JOB CONCLUDED TOTAL JOB TIME .02（1）測量靜態(tài)工作點(diǎn)，測Re3為4.6565 K。

13、（2）單端加入正選信號(hào)1V，AVD=85.778（3）把單端輸入改為雙端輸入，當(dāng)兩端輸入為0.5V的時(shí)候，根據(jù)理論值，共模電壓放大倍數(shù)很小，采用AC Sweep分析，分析頻率從0.01hz到1Ghz，采用十倍頻增量進(jìn)行遞增，每倍頻采樣點(diǎn)為50，仿真圖如下（4）根據(jù)公式，共模抑制比Kcmr大于40dB（5）共模雙端輸入電壓差摸單端輸入電壓輸出電壓波形（6）測出通頻帶大于1MHz（7）相頻特性曲線如下，測出中頻區(qū)相位差大約為180度五、 理論分析1.靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算Ics=Ies=R2/（R1+R2）(Ucc+|Uee|)-Uee/ResIc1=Ic2=1/2 Ics2,差摸電壓放大倍數(shù)和共模電壓

14、放大倍數(shù)采用橫流源電路時(shí)，差摸電壓放大倍數(shù)由輸出電壓決定，而與輸入方式無關(guān)雙端輸出; Re=無窮大單端輸出Avd=B(Rc/RL)/2(Rb+rbe)或Avd=-B(Rc/RL)/2(Rb+rbe)當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，若為單端輸出，則有Auc=-RL/2Rc若為雙端輸出，在理想情況下Ac=03、 共模抑制比KCMR雙端輸出時(shí)KCMR可認(rèn)為等于無窮大，單端輸出時(shí)共模抑制比：Kcmr=BRc/ (Rb+rbe)六、設(shè)計(jì)與仿真結(jié)論利用Pspice軟件對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，仿真效果準(zhǔn)確，逼真，形象，在跟蹤性和快速性方面取得了令人滿意的效果?？梢赃_(dá)到電路的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，既可以省去在面板上做繁雜的試驗(yàn)，又可以節(jié)

15、省購買實(shí)驗(yàn)元器件，它為電路設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)創(chuàng)造性的工作環(huán)境，不僅能使設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)達(dá)到高質(zhì)量、高可靠性，同時(shí)它使設(shè)計(jì)者有更多的時(shí)間和機(jī)會(huì)更充分地發(fā)揮其聰明才智，實(shí)現(xiàn)更好的優(yōu)化。本次我通過用pspice對(duì)帶恒流源的差動(dòng)放大器的分析就充分認(rèn)識(shí)了其強(qiáng)大的仿真與分析功能。另外我用Pspice還對(duì)帶恒流源的差動(dòng)放大器電路進(jìn)行了仿真與暫態(tài)、瞬態(tài)等分析，從定性和定量兩個(gè)角度對(duì)照理論分析結(jié)果進(jìn)行分析，得到了很好的對(duì)應(yīng)結(jié)果.可見在電子電路的分析與設(shè)計(jì)中，采用仿真軟件的輔助，可以很容易地得到與實(shí)際設(shè)計(jì)相近的結(jié)果，簡化設(shè)計(jì)過程.在差動(dòng)放大電路中，無論是電源電壓波動(dòng)或溫度變化都會(huì)使兩管的集電極電流和集電極電位發(fā)生相同的

16、變化，相當(dāng)于在兩輸入端加入共模信號(hào)。由于電路完全對(duì)稱，使得共模輸出為零，共模電壓放大倍數(shù)AC=0，從而抑制了零點(diǎn)漂移。電路放大的只是差模信號(hào)。差動(dòng)放大電路在零輸入時(shí)具有零輸出；靜態(tài)時(shí)，溫度有變化依然保持零輸出，即消除了零點(diǎn)漂移。電路對(duì)共模輸入信號(hào)無放大作用，即完全抑制了共模信號(hào)?？梢姴钅ｋ妷悍糯蟊稊?shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動(dòng)電路用多一倍的元件為代價(jià)，換來了對(duì)零漂的抑制能力。 七、心得體會(huì)兩周的實(shí)習(xí)結(jié)束了，在這次的實(shí)習(xí)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，我認(rèn)真設(shè)計(jì)，積極和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)

17、了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。通過這次差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)，我在多方面都有所提高。掌握了利用Capture來繪制圖形方法、修改元件模型參數(shù)（Model parameter）方法、靜態(tài)（Bias point）分析方法、瞬態(tài)(Transient analysis)分析方法、交流掃描(Ac sweeep)分析方法、利用Probe功能來查看數(shù)據(jù)方法等一系列pspice的功能，對(duì)pspice也有了一定的了解，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和實(shí)際進(jìn)行一次訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高我獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握了差動(dòng)放大器設(shè)計(jì)的方法和步驟。在這次設(shè)計(jì)過程中，我體會(huì)到了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。在此感謝我們的實(shí)習(xí)老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、不厭其煩的態(tài)度是我工作、學(xué)習(xí)中的