基于Multisim的差动放大电路的仿真分析

1、 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： 三极管参数: VCC RC2 RC1 10kohm 10kohm IO1 R1 IO1 68kohm VCC o 1 Q1 2 R3 10kohm 34 2N5769 RW 100Ohm 510ohm K ey = a Q2 2N5769 50% V1 100mV 70.71mV_rms 1000H z 0Deg R4 510ohm 27 10kohm 33 3

2、7 22 39 32 RE 10kohm 30 R2 36kohm 实验原理图1 (Is=44.14f Xti=3 Eg=1.11 V af=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，它采用直接耦台方式， 当开关K打向左边时是

3、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 果与共模反应电阻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适宜的， 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

4、源VI 不 接人。将放大电路输入端A、B与地短接，接通土 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+ P)!b+2(1+ 0 )Ib=12 Ib x RC1+Uce+0.5RW+2(1+ )Ib=Vcc-Vee 在上述方程中代入数据得: Ib q0.0071mA Uce Q7.11V Ube q 0.63V Q1、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

5、一射电压U2 0 . 6 V,集一射电压Uce q 7 . 13 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Io 1点的频率特性分析 Analysis Graphs File Edit View Tools Options Help 2. 瞬态分析测量差模电压放大倍数 曲|同|州、|R| I灯|幽 AC Analysis #6 Transienl Analysis 看4 Transient Analysis #5 AC Analysis U7 4 | I ming 与三一(骂)誓

6、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 V1P P=100 mU 开关 K 打向左边，选择 Simulate /Analyses / Transient 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0. 002sec, 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

7、反，但叠有直流分量约为 6. 48 V,其电 压峰一峰值之差约为 8. 430 1 4. 451 0=3 . 979 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=3.9791/0.1 Q39. 7。 从图3中可以看出，输出直流电压为0,其峰一峰值为3. 979 I 一一 3. 979 1=7. 9582 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=79 . 58。 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 AdT =4.0092/0.1 40.99,双端输入双端输出时 Ad2 =8

8、.1984/0.1 81.98。 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： 工程 参数 V1p-p Uc1p-p Uc2p-p Uop-p A 单 端 单端输 出 100mv 4.0277v 3.9307v X Ad3=40.28 输 入 双端输 出 X x 7.9584v Ad4=79.58 共 模 单端输 出 100mv 0.0992v 0.0949v X Ac1=99.2 X 0.01 输 入 双端输 出 x X 4.2978mv Ac2=4.2978 乂 0.01 表1长尾式差动放大电路仿真结果f=1 kHz时 工程 V1p-p Uc1p-p

9、 Uc2p-p Uop-p A 单 端 单端输 出 100mv 4.0995v 4.0987v X Ad3 =41 输 入 双端输 出 X X 8.1982v Ad4 =81.98 共模输入 单端输 出 100mv 0.7mv 0.9mv x AcT =0.7 X 0.01 双端输 出 X x 0.3097mv Ac2 =0.3097 X 0.01 表2恒流源式差动放大电路仿真结果f=1 kHz时 对以上数据进行比拟可以看出，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/

10、Ac辱1.852 X 0.001 恒流源式差放电路的共模抑制比 Kcmr = Ad2 /Ac2 Q 2.647 X 0.0001 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 Simulation /Analyses /Temperature 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

11、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 II R3=970.55 Ro=2Rc=10k

12、 林林 Analysis Graphs File- Edit Vie-w T ools O pti ans He-lp 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 口同可写险| 茹1电1心 叫目 叫 回 话1 DC Sweep ff3 | Transfer Function | Transfer Function H3 | DC Swe

13、ep HA DC Sweep 竟6 | 6 -i tiling DC transffer cliaracteriStic OO.Otrl l0 图6 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 0. 5 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，结果说明 仿真与理论分析和计算结果根本一致， 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白己才华的平台， 可充