差分放大器仿真

《电子技术计算机绘图基础》

设

计

报

告

题目：差分放大器仿真

学院：通信与信息工程学院

专业班级：电子信息工程

学号：

学生姓名：

指导教师：

差分放大器的仿真

一、设计描述

1、设计目的和任务

1).熟悉差分放大器的工程估算，掌握差分放大器静态工作点的调整与测试方法。 2).能够掌握差分放大器性能指标的测试方法。 3).能够掌握multisim 和protel 的基本用法，做出Multisim 仿真图、Protel 原理图、PCB 板，从而加深理解差分放大器的性能特点。

4).熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。 2、原理分析

（1）基本原理

差分放大器是一种特殊的直接耦合放大器，它能有效的抑制零点漂移；它的基本性能是放大差模信号、抑制共模信号；常用共模抑制比来表征差分放大器对共模信号的抑制能力；稳流电阻的增加可以提高共模抑制比；但稳流电阻不能太大，因此采用恒流源取代稳流电阻，从而进一步的提高共模抑制比。 （2）静态工作点的调整

实验电路通过调节电位器R p 使两个三极管的集电极电压相等来调节电路的对称性，完成电路的调零。 （3）静态工作点的测量

静态工作点的测量就是测出三极管各电极对地直流电压V BQ 、V EQ 、V CQ ，从而计算得到V CEQ 和V BEQ 。而测量直流电流时，通常采用间接测量法测量，即通过直流电压来换算得到直流电流。这样即可以避免更动电路，同时操作也简单。

EQ

CQ CEQ V V V -= EQ

BQ BEQ

V V V -= e

EQ EQ

R V I = C

CQ CC CQ

)(R V V I -=

（4）电压放大倍数的测量

差分放大器有差模和共模两种工作模式，因此电压放大倍数有差模电压放大倍数和共模电压放大倍数两种。

在差模工作模式下，差模输出端U od1是反相输出端，U od2是同相输出端，则差模电压放大倍数为：

ud2

ud1ud A A A += ud2

i

od2i

od1ud1

A U U U U A -=-

==

在共模工作模式下，共模输出端U oc1、U oc2均为反相输出端，则共模电压放大倍数为：

uc2

uc1uc A A A -= uc2

i

oc2i

oc1uc1

A U U U U A ==

=

电路的共模抑制比K CMR 为：

ud CM R uc

A K A =

或 ud CM R uc

20lg

dB A K A =

（5）输入电阻的测量

差分放大器差模输入电阻R i 远小于测量仪表的内阻，所以测试采用图1-2所示的测试方法。

在信号源和电路的输入端之间串接一个电阻R ，将微小的输入电流I i 转换成电压进行测量；在输出波形不失真的情况下输入信号U i ，测量出U s 及U i ，则输入电阻为：

R

U U U R

U U U I U R i

S i i S i

i

i i )(-=

-=

=

可以证明，只有在s i s

2

1U U U =

-时测量误差最小；因此

R ≈R i 。

（6）输出电阻的测量

差分放大器差模单端输出的输出电阻R o 的测量采用图1-3所示的测试方法。

开关K 打开时测出U o ，开关K 闭合时测出U oL ，测输出电阻为：

L

oL

oL

o L

oL oL o o R U U U R U U U R -=

-=

只有在o

oL o

2

1U U U =-时测量误差最小R L ≈R o 。

二、Multisim 仿真

1、在Multisim9中创建Multisim Design File 。 2：在窗口中绘制差分放大器仿真电路图。电路图如下：

图1-3 输出电阻测量原理图

图1-2 输入电阻测量原理图

如图所示，图中开关k2所打向的方向为恒管，另一个方向为恒阻。而开关k1现在所示共模情况，所示波形应为同向，而打开后为差模情况，波形应为反向。现在对各种情况进行特例分析，分析如下：（为了方便起见，将示波器的输入1用蓝色线，输入2用红色线）

一、恒阻：

1、开关打开：

模拟图如下：

2、开关闭合：

模拟图如下：

二、恒管：如同上述恒阻波形一样。

三、Protel 原理图

1、在Protel 2004中创建Altium Schematic Document文件，并绘制差分放

大器电路图。图形如下：

四、PCB

在Protel 2004中创建PCB文件，并把绘制好的原理图导入PCB文件，并经过规划电路板、器件布局、自动布线后，PCB板截图效果如下：

PCB板正面3D效果图如下：

五、总结与体会

通过本次设计，我加深了对知识的了解，对差分放大器有了进一步的了解：

1. 了解了查分放大器的基本知识，通过具体的电路图，掌握了简单电路元器

件的装配。

2. 对multisim有了一定的认识，基本了解其中的元件及应用，能够用其进行

电路设计模拟。

3.熟悉了PROTEL 2004从绘制原理到制作PCB整个设计流程。

六、参考书目

阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社2008年12月

杨欣《电路设计与仿真-基于Multisim8与Protel2004》清华大学出版社2006年1月