带恒流源的差动放大器的设计

带恒流源的差动放大器的设计带恒流源差动放大器是一种应用十分广泛的电子电路。本文扼要地分析了带恒流源差动放大器的基本原理和设计了满足要求的各项性能指标，并应用PSPICE对带恒流源差动放大器的工作特性进行了仿真分析和研究, 给出了一般的差动放大器电路的分析方法，阐明了仿真软件在电路分析与设计中的意义。绪论随着电子计算机技术的发展，计算机辅助设计已经逐渐进入电子设计的领域。 在电路设计工作方面，最初使用的是Protel公司DOS版本的Tango软件，在当时这一软件被看作是多么的先进，如今，随着Windows95/98及NT操作系统的出现，一些更方便、快捷的电路设计软件应运而生。PSpice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。PSpice软件几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件、面包板、信号源、示波器和万用表。在电子技术应用方面，一些电路经常需要在波形的变化与变换，定时与检测，控制与报警等方面被使用。 运用pspice对带恒流源的差动放大电路分析简便明了，解决问题的速度得到了很大的提高。一、 设计目的：熟悉Pspice的仿真功能，熟练掌握各种仿真参数的设置方法，综合观测并分析仿真结果，能够综合运用各种仿真对电路进行分析，学会修改模型参数。掌握利用Capture来绘制图形方法。掌握修改元件模型参数（Model parameter）方法。掌握静态（Bias point）分析方法。掌握瞬态(Transient analysis)分析方法。掌握交流扫描(Ac sweeep)分析方法。掌握利用Probe功能来查看数据方法。通过理论联系实际，培养实践动手能力和开发创新能力的培养。二、 设计任务：设计与仿真一个带恒流源的差动放大器。要求有合适静态工作点(Ic1=Ic2=1ma )，单端输入、单端输出（或双端输出），且Avd 大于50，Kcmr大于40dB，频带Fh 1Mhz，其中负载RL=10K、电源Vcc 及Vee 均为15V三、 设计电路四、 Pspice仿真及各项技术指标 静态工作点的分析* 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 AUTOMATICALLY 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-SCHEMATIC1.net * INCLUDING 222-SCHEMATIC1.net * 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 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.E-15 BF 255.9 NF 1 VAF 74.03 IKF .2847 ISE 14.E-15 NE 1.307 BR 6.092 NR 1 RB 10 RC 1 CJE 22.E-12 MJE .377 CJC 7.E-12 MJC .3416 TF 411.E-12 XTF 3 VTF 1.7 ITF .6 TR 46.E-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 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 -2.551E-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 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 1.00E+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）测量静态工作点，测Re3为4.6565 K。（2）单端加入正选信号1V，AVD=85.778（3）把单端输入改为双端输入，当两端输入为0.5V的时候，根据理论值，共模电压放大倍数很小，采用AC Sweep分析，分析频率从0.01hz到1Ghz，采用十倍频增量进行递增，每倍频采样点为50，仿真图如下（4）根据公式，共模抑制比Kcmr大于40dB（5）共模双端输入电压差摸单端输入电压输出电压波形（6）测出通频带大于1MHz（7）相频特性曲线如下，测出中频区相位差大约为180度五、 理论分析1.静态工作点的计算Ics=Ies=R2/（R1+R2）(Ucc+|Uee|)-Uee/ResIc1=Ic2=1/2 Ics2,差摸电压放大倍数和共模电压放大倍数采用横流源电路时，差摸电压放大倍数由输出电压决定，而与输入方式无关双端输出; Re=无穷大单端输出Avd=B(Rc/RL)/2(Rb+rbe)或Avd=-B(Rc/RL)/2(Rb+rbe)当输入共模信号时，若为单端输出，则有Auc=-RL/2Rc若为双端输出，在理想情况下Ac=03、 共模抑制比KCMR双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：Kcmr=BRc/ (Rb+rbe)六、设计与仿真结论利用Pspice软件对电路进行设计仿真，仿真效果准确，逼真，形象，在跟踪性和快速性方面取得了令人满意的效果。可以达到电路的最优化设计，既可以省去在面板上做繁杂的试验，又可以节省购买实验元器件，它为电路设计者提供了一个创造性的工作环境，不仅能使设计者的设计达到高质量、高可靠性，同时它使设计者有更多的时间和机会更充分地发挥其聪明才智，实现更好的优化。本次我通过用pspice对带恒流源的差动放大器的分析就充分认识了其强大的仿真与分析功能。另外我用Pspice还对带恒流源的差动放大器电路进行了仿真与暂态、瞬态等分析，从定性和定量两个角度对照理论分析结果进行分析，得到了很好的对应结果.可见在电子电路的分析与设计中，采用仿真软件的辅助，可以很容易地得到与实际设计相近的结果，简化设计过程.在差动放大电路中，无论是电源电压波动或温度变化都会使两管的集电极电流和集电极电位发生相同的变化，相当于在两输入端加入共模信号。由于电路完全对称，使得共模输出为零，共模电压放大倍数AC=0，从而抑制了零点漂移。电路放大的只是差模信号。差动放大电路在零输入时具有零输出；静态时，温度有变化依然保持零输出，即消除了零点漂移。电路对共模输入信号无放大作用，即完全抑制了共模信号。可见差模电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数。差动电路用多一倍的元件为代价，换来了对零漂的抑制能力。 七、心得体会两周的实习结束了，在这次的实习中不仅检验了我所学习的知识，也培养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。在设计过程中，我认真设计，积极和同学们相互探讨，相互学习。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。通过这次差动放大器的设计，我在多方面都有所提高。掌握了利用Capture来绘制图形方法、修改元件模型参数（Model parameter）方法、静态（Bias point）分析方法、瞬态(Transient analysis)分析方法、交流扫描(Ac sweeep)分析方法、利用Probe功能来查看数据方法等一系列pspice的功能，对pspice也有了一定的了解，综合运用本专业所学课程的理论和实际进行一次训练，从而培养和提高我独立工作能力，巩固与扩充了课程所学的内容，掌握了差动放大器设计的方法和步骤。在这次设计过程中，我体会到了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的实习老师.，老师严谨细致、不厌其烦的态度是我工作、学习中的榜