长尾式差分放大电路课程设计.doc

学 号通信电子电路（1）设计说明书长尾式差分放大电路设计起止日期： 2010 年 12 月 27 日 至 2011 年 1 月 7 日学生姓名班级09信科一班成绩指导教师(签字)电子与信息工程系2011年 1 月 7日天津城市建设学院课程设计任务书2010 2011 学年第 1 学期 电子与信息工程 系 电子信息科学与技术 专业 09信科一班 班级课程设计名称： 通信电子电路（1） 设计题目：长尾式差分放大电路 完成期限：自 2010 年 12月 27 日至 2011 年 1 月 7 日共 2 周设计依据、要求及主要内容（见下页）：设计要求：单端输出时，差模放大倍数:30以上，共模放大倍数：0.5以下；输入电阻：20千欧以上，输出电阻：（5-10）千欧。将两个电路结构、参数均相等的单管放大电路组合在一起，就成为差分放大电路的基本形式，电路中左右两部分三极管的特性和电阻有参数均完全相等，VT1的VT2输出端的零点漂移将互相抵消。为了进一步减小每个管子输出端的温漂，设计了长尾式差分放大电路。指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期： 年 月 日目录一、 设计题目5二、 设计指标5三、 设计目的6四、 设计原理7五、 设计步骤81. 静态分析82. 动态分析83. 参数选择9六、 安装与调试71. 仿真电路102. 静态分析103. 测量差模电压放大倍数114. 测量共模电压放大倍数12七、 设计心得14八、 元器件清单15九、 参考文献16一、 设计题目长尾式差分放大电路二、 设计指标单端输出时，差模放大倍数:30以上，共模放大倍数：0.5以下；输入电阻：20千欧以上，输出电阻：（5-10）千欧。三、 设计目的1.加深对差分放大电路工作原理及特性的理解。2.学会调节差分放大电路的静态工作点。3.了解电路产生零漂的原因及抑制方法。4.学习差动放大电路主要性能指标的测试方法。5.掌握差分放大电路在不同输入、输出模式时差模电压放大倍数、共模电压放大倍数的测试方法。四、 设计原理为了充分利用集成电路内部元件参数匹配较好、易于补偿的优点，输入级大都采用差分放大电路形式。1、将两个电路结构、参数均相等的单管放大电路组合在一起，就成为差分放大电路的基本形式，输入电压uI1和uI2分别在两管的基极，输出电压等于两管的集电极电压之差。在理想情况下，电路中左右两部分三极管的特性和电阻有参数均完全相等，则当输入电压等于零时，UCQ1=UCQ2,故输出电压UO=0。如果温度升高使ICQ1增大，UCQ1减小，则ICQ2也将增大，UCQ2也将减小，而且两管变化的幅度相等，结果VT1的VT2输出端的零点漂移将互相抵消。2、为了进一步减小每个管子输出端的温漂，设计了长尾式差分放大电路。长尾电阻Re的作用是引入一个共模负反馈，对共模信号有负反馈作用，而对差模信号没有负反馈作用。假设在电路输入端加上正的共模信号，则两个管子的集电极电流iC1、iC2同时增加，使流过发射极电阻的电流iE增加，于是发射极电位uE升高，反馈到两管的基极回路中，使uBE1、uBE2降低，从而限制了iC1、iC2的增加。图4.1 长尾式差分放大电路但对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等，而极性相反，所以iC1增加多少，iC2就减少同样的数量，因而流过Re的电流总量保持不变，则uE=0，所以对于差模信号没有反馈作用。Re引入的共模负反馈使共模放大倍数Ac减小，降低了每个管子的零点漂移。但对于差模放大倍数Ad没有影响，因此提高了电路的的共模抑制比。Re愈大，共模负反馈愈强，则抑制零漂的效果愈好。但随着Re的增大，Re上的直流压降将愈来愈大，为此，在电路中引入了一个负电源VEE来补偿Re上的直流压降，以免输出电压变化范围太小。五、设计步骤1、静态分析当输入电压等于零时，由于电路结构对称，即R1=R2=Rb，Rc1=Rc2=Rc；T1管与T2管的特性相同，1=2=，rbe1=rbe2=rbe；Re为公共的发射极电阻，因此可认为IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，由三极管基极回路可得IBQR1+UBEQ+IEQ(2Re+0.5Rw)=VEE则静态基极电流为IBQ=VEE-UBEQR1+1+(2Re+0.5Rw)静态集电极电流和电位为ICQIBQUCQ=VCC-ICQRC（对地）静态基极电位为UBQ=-IBQR1（对地）2、动态分析由于接入长尾电阻Re后，当输入差模信号时流过Re的电流不变，Ue相当于一个固定的电位，在交流通路中可将Re视为短路,RL为接在两个三极管之间的负载电阻。当输入差模信号时，一管集电极电位降低，另一管集电极电位升高，可认为RL中点处的电位保持不变，也就是说，RL/2处相当于交流接地。根据交流通路得iB1=uI1/(R1+rbe+(1+)Rw/2)iC1=iB则 uC1=-iC1(Rc/RL)=-(Rc/RL)2（R1+rbe+1+Rw2）uI1同理 uC2=-iC2(Rc/RL)=-(Rc/RL)2（R1+rbe+1+Rw2）uI2故输出电压为uO=uC1-uC2=-(Rc/RL)2（R1+rbe+(1+)Rw/2）(uI1-uI2)则差模电压放大倍数为Ad=uOuI1-uI2=-(Rc/RL)2(R1+rbe+1+Rw2)差模输入电阻为Rid=2(R1+rbe+(1+)Rw/2)输出电阻为Ro=Rc3、参数选择根据设计指标，单端输出时，取Ro=10K，则Rc=10 K，取Re=8.2K;令负载电阻RL=300K，调零电位器Rw=100,三极管=120； IEQ=IBQ=VEE-UBEQR1+1+(2Re+0.5Rw) =12012-0.7R1+1+120(16.4+0.05)=1365R1+1990.45 mA； Rbe=rbb+1+26mVIEQ=300+(1+120) 26/1365R1+1990.45 =4.880+2.3410-3R1 K; Rc/Rl= 10/300=9.677 K (1+)Rw/2=1210.05=6.05 K Ad=-(Rc/Rl)2(R1+rbe+1+Rw2)=-1209.6772(R1+4.880+2.34R1+6.05)=-580.621.00234R1+10.93由|Ad|30;Rid=2(R+Rbe+1+Rw2)20 K得：580.631.00234R1+10.93302(1.00234R1+10.93)20得 0KR1304、 测量共模电压放大倍数图6.4.1 共模电压放大倍数 图6.4.2 输入电压Ui 图6.4.3 输出电压UoAc=UoUi=2.466/5=0.48920.5七、设计心得 恒流源电路在不高的电源电压下既为差分放大电路设置了合适的静态工作电流，又大大增强了共模负反馈作用，使电路具有更强的抑制共模信号的能力。通过对长尾式差分放大电路的设计，使我加深了对差分放大电路工作原理及特性的理解，同时学会了调节差分放大电路的静态工作点及其主要性能指标的测试方法。在差分放大电路中，增大发射极电阻Re的阻值，可提高共模抑制比。但采用大电阻Re要采用高的稳压电源。希望既要抑制零飘的效果比较好，同时又不要求过高的VEE值，可以采用一个三极管代替原来的长尾电阻Re。八、 元件清单2N2222A型三极管两个、100欧姆的调零电位器一个、万用表三个、示波器一个、Vcc=12v、VEE=12v、Rb1=5.1千欧、Rb2=5.1千欧、Rc1=10千欧、Rc2=千欧、Re=8.2千欧、V1=5毫安、V2=5毫安九、参考文献1 施