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?.掌握NIMultisim的使用方法，學(xué)會用Multisim對電路進行仿真分析；2,用Multisim研究差動放大電路的性能。二.實驗原理：VCCRC2RC110kohm10kohmIO1R1IO168kohmVCCo12V1Q12R3RB110kohm342N5769RW510ohmQ22N576950%V1100mV70.71mV_rms1000Hz0DegR4510ohm27RB210kohm33100OhmKey=a372239Key=Space32RE10kohm412N5769Q3RE15.1kohm30R236kohmV

2、EEVEE-12V實驗原理圖1三極管參數(shù):(Is=44.14fXti=3Eg=1.11Vaf=100Bf=78.32Ne=1.389Ise=91.95fIkf=.3498Xtb=1.5Br=12.69mNc=2Isc=0Ikr=0Rc=,6Cjc=2.83pMjc=86.19mVjc=.75Fc=.5Cje=4.5pMje=.2418Vje=.75Tr=1.073uTf=227.6pItf=.3Vtf=4Xtf=4Rb=10)如圖1所示的電路為差動放大電路，它采用直接耦合方式，當開關(guān)K打向左邊時是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

3、反饋電阻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電壓Vee也愈高這在一般的情況下是不合適的，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，有相當一段具有恒流源的性質(zhì)，即當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。信號源VI不接人。將放大電路輸入端A、B與地短接，接通士12V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

4、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。理論值：(R3+RB1)Ib+0.7+0.5RW(1+B)Ib+2(1+B)Ib=12IbxRC1+Uce+0.5RW+2(1+)Ib=Vcc-Vee在上述方程中代入數(shù)據(jù)得：Ib=0.0071mAUce=7.11VUbe=0.63VAnalysisGraphsd：回I苴*從直流分析結(jié)果中看出，三極管Q1基一射電壓U20.6V,集一射電壓Uce=7.13V,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（Io1點的頻率特性分析）

5、AnalysisGraphs照目Lf二ACAnalysisTransientAnalysisTransientAnalysis#5ACAnalysis#7，|1mingQl-a普乏(E3罷£FileEditViewToolsOptionsHelp2 .瞬態(tài)分析（測量差模電壓放大倍數(shù)）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=1kHz,輸入信號幅度為V1PP=100mM開關(guān)K打向左邊，選擇Simulate/Analyses/TransientAnaIysis一命令,在出現(xiàn)的TransientAnalysis對

6、話框中選取輸出變量節(jié)點C1和C2,將Endtime改為0.002sec,將minimumnumberoftimepoint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反，但疊有直流分量約為6.48V,其電壓峰一峰值之差約為8.4301-4.4510=3.9791V。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=39.7。從圖3中可以看出，輸出直流電壓為0,其峰一峰值為3.979I一(一3.9791)=7.9582V。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

7、。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Ad1'=4.0092/0.140.99,雙端輸入雙端輸出時Ad2'=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：數(shù)項目V1p-pUc1p-pUc2p-pUop-pA單端輸入單端輸出100mv4.0277v3.9307vXAd3=40.28雙端輸出Xx7.9584vAd4=79.58共模輸入單端輸出100mv0.0992v0.0949vXAc1=99.2X0.01雙端輸出xX4.2978mvAc2=4.2978X0.0

8、1表1長尾式差動放大電路仿真結(jié)果(f=1kHz時)數(shù)項目V1p-pUc1p-pUc2p-pUop-pA單端單端輸出100mv4.0995v4.0987vxAd3'=41輸入雙端輸出XX8.1982vAd4'=81.98共單端輸100mv0.7mv0.9mvxAc1'=0.7X0.011模出輸雙端輸Xx0.3097mvAc2'=0.3097X入出0.01表2恒流源式差動放大電路仿真結(jié)果（f=1kHz時）對以上數(shù)據(jù)進行比較可以看出，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。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

9、抑制比Kcmr=Ad2/Ac21.852X0.001恒流源式差放電路的共模抑制比Kcmr'=Ad2'/Ac2'=2.647X0.0001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。3 .傅里葉分析圖4有圖表可知該電路的頻域如圖4,當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/TemperatureSweepAnalysis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節(jié)點為輸

10、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+RbeIIR3=970.55Ro=2Rc=10k磕希AnalysisGraphs1=

11、|回|S3File-EditVie-wToolsO-ptia-nsHe-lp口|,|口|倍|兌|七|0|上曲|司回川國二閨回匾|圈DCSweeptt3|TransferFunction苻2|TransferFunctionU3DCSweepDCSweep#5|卜tilingDCtransfercliaracteriStic6-i500.0ml01.5202530wlVoltage(V>圖7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，只有當輸入差分信號的絕對值小于0.5V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行仿真分析，結(jié)果表明仿真與理論分析和計算結(jié)果基本一致，應(yīng)用Muhisim10進行虛擬電子技術(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自己才