基于Multisim的差动放大电路的仿真分析.doc

基于Multisim 的差动放大电路的仿真分析一实验目的：1.掌握NI Multisim的使用方法，学会用Multisim对电路进行仿真分析；2.用Multisim 研究差动放大电路的性能。二实验原理： 实验原理图1三极管参数：(Is=44.14f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=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)如图1所示的电路为差动放大电路，它采用直接耦合方式，当开关K 打向左边时是长尾式差动放大电路开关K 打向右边时是恒流源式差动放大电路。在长尾式差放电路中抑制零漂的效果与共模反馈电阻Re的数值有密切关系，Re愈大，效果愈好。但Re 愈大，维持同样工作电流所需要的负电压Vee 也愈高 这在一般的情况下是不合适的，恒流源的引出解决了上述矛盾。在三极管的输出特性曲线上，有相当一段具有恒流源的性质，即当Uce 变化时,Ic电流不变。图1中Q3管的电路为产生恒流源的电路，用它来代替长尾电阻Re ，从而更好地抑制共模信号的变化，提高共模抑制比。三差动放大电路的仿真分析静态分析1.调节放大器零点在测量差放电路各性能参量之前，一定要先调零。信号源 不接人。将放大电路输入端A、B与地短接，接通12 V的直流电源，用万用表的直流电压档测量输出电压Ucl、Uc2，调节晶体管射极电位器Rw ，使万用表的指示数相同，即调整电路使左右完全对称，此时Uo=0，凋零工作完毕。2.直流工作点分析理论值：(R3+RB1)Ib+0.7+0.5RW(1+)Ib+2(1+)Ib=12 IbRC1+Uce+0.5RW+2(1+)Ib=Vcc-Vee在上述方程中代入数据得：Ib0.0071mA Uce7.11V Ube0.63VQ1、Q2和Q3管的静态工作点分析从直流分析结果中看出，三极管Q1基一射电压U2 06 V，集一射电压 Uce 713 V，Q1管工作在放大区。同样分析Q2管也工作在放大区，Q3管工作在恒流区。理论值和仿真结果近似相等，存在很小的误差此误差是由动态分析1.交流分析（Io1点的频率特性分析）2.瞬态分析（测量差模电压放大倍数）图2 长尾式差放电路的双端输入单端输出电压波形图3长尾式差放电路双端输入双端输出的电压波形在图1的电路中，输入信号频率f=1 kHz，输入信号幅度为V1PP=100 mV。开关K 打向左边，选择SimulateAnalysesTransient AnaIysis一命令，在出现的TransientAnalysis对话框中选取输出变量节点C1和C2，将End time改为0002sec，将minimum number of time point设为1000，其余项不变，仿真结果如图2所示。从图2中可以看出，两个输出端C1、C2输出电压大小相等方向相反，但叠有直流分量约为648 V，其电压峰一峰值之差约为8430 1445l 0=3979 1 V。由此求得双端输入单端输出时的差模电压放大倍数为Ad1=3.9791/0.1397。从图3中可以看出，输出直流电压为0，其峰一峰值为3979 I一(一3979 1)=79582 V。由此可求得双端输人双端输出时的差模电压放大倍数为Ad2=7.9582/0.1=7958。再将开关K 打向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。按同样的分析方法得知双端输入单端输出时Ad1=4.0092/0.140.99，双端输入双端输出时Ad2=8.1984/0.181.98。单端输入时的差模放大倍数、共模电压放大倍数仿真分析重复上述操作，其测量数据如下表： 参数项目V1p-pUc1p-pUc2p-pUop-pA单端输入单端输出100mv4.0277v3.9307vAd3=40.28双端输出7.9584vAd4=79.58共模输入单端输出100mv0.0992v0.0949vAc1=99.20.01双端输出4.2978mvAc2=4.29780.01表1 长尾式差动放大电路仿真结果(f=1 kHz时) 参数项目V1p-pUc1p-pUc2p-pUop-pA单端输入单端输出100mv4.0995v4.0987vAd3=41双端输出8.1982vAd4=81.98共模输入单端输出100mv0.7mv0.9mvAc1=0.70.01双端输出0.3097mvAc2=0.30970.01表2 恒流源式差动放大电路仿真结果(f=1 kHz时)对以上数据进行比较可以看出，双端输出时的共模抑制能力比单端输出时的共模抑制能力强。故对长尾式和恒流源式差放电路，现仅计算双端输出时的共模抑制比。长尾式差放电路的共模抑制比Kcmr=Ad2/Ac21.8520.001恒流源式差放电路的共模抑制比Kcmr= Ad2/Ac22.6470.0001通过以上的分析可知，恒流源式差放电路共模抑制能力比长尾式强。3.傅里叶分析图4有图表可知该电路的频域如图4，当f=1khz时其幅度最大，且其他谐波分量近似等于零，即该电路的频域只有在f=1khz的谐波分量，其他谐波分量可忽略不计。4.温度扫描分析执行SimulationAnalysesTemperature Sweep Analysis命令，在弹出的对话框中，设置温度为27、37、47、57、67、77度，设置Io1、Io2节点为输出变量，瞬态分析的结果得到Io1、Io2点的输出波形。如图4所示图5从图5中可看出，温度变化对输出波形有影响，但影响并不是很大。因此差放电路有利于抑制电路的温度特性，即电路在不同的温度下工作，电路性能不会有太大的改变。5.直流扫描分析、电路传递函数分析（直流扫描分析）分析图1电路中节点“Io2”随电源电压V1变化的曲线，如图6所示，（传递函数操作分析）输入电压取V1，节点“Io2”为输出节点，节点“0”为参考节点。仿真结果如图7所示。输入电阻：Ri=988.54输出电阻：Ro=10k理论值：Ri=2（RB1+Rbe）R3=970.55 Ro=2Rc=10k图6图7以上讨论的是三极管差放电路的小信号工作特性。在电子线路分析与设计中，还关心差分放大电路在什么样的差分输入范围内，能处于线性工作状态(即三极管工作在放大区)，这可以通过差放电路的传输特性来完成。在双端输入双端输出恒流源式差放电路中，在两个输入端之间连接了一个电压源V1作为差分输入电压信号。利用Multisim所提供的直流扫描分析工具得到差放电路的传输特性 从传输特性曲线上可以看出，只有当输入差分信号的绝对值小于05 V时，放大电路才工作在线性区。实验总结：应用Multisiml0软件对差动放大电路进行仿真分析，结果表明仿真与理论分析和计算结果基本一致，应用Muhisim10进行虚拟电子技术实验可以十分方便快捷地获取实验数据，突破了传统实验中硬件设备条件的限制，大大提高了实验的深度和广度。Multisiml0软件为学生提供了一个极好的展示自己才华的平台，可充分发挥学生的想象力和创造力，并且可以完成较复杂的综合性设计实