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NIMultisim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：VCCRC2RC110kohm10kohmIO1R1IO168kohmVCCo12V1Q12R3RB110kohm342N5769RW510ohmQ22N576950%V1100mV70.71mV_rms1000Hz0DegR4510ohm27RB210kohm33100OhmKey=a372239Key=Space32RE10kohm412N5769Q3RE15.1kohm30R236kohmV

2、EEVEE-12V实验原理图1三极管参数:(Is=44.14fXti=3Eg=1.11Vaf=100Bf=78.32Ne=1.389Ise=91.95fIkf=.3498Xtb=1.5Br=12.69mNc=2Isc=0Ikr=0Rc=,6Cjc=2.83pMjc=86.19mVjc=.75Fc=.5Cje=4.5pMje=.2418Vje=.75Tr=1.073uTf=227.6pItf=.3Vtf=4Xtf=4Rb=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

3、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VI不接人。将放大电路输入端A、B与地短接，接通士12V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

4、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。理论值：(R3+RB1)Ib+0.7+0.5RW(1+B)Ib+2(1+B)Ib=12IbxRC1+Uce+0.5RW+2(1+)Ib=Vcc-Vee在上述方程中代入数据得：Ib=0.0071mAUce=7.11VUbe=0.63VAnalysisGraphsd：回I苴*从直流分析结果中看出，三极管Q1基一射电压U20.6V,集一射电压Uce=7.13V,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）

5、AnalysisGraphs照目Lf二ACAnalysisTransientAnalysisTransientAnalysis#5ACAnalysis#7，|1mingQl-a普乏(E3罢£FileEditViewToolsOptionsHelp2 .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=1kHz,输入信号幅度为V1PP=100mM开关K打向左边，选择Simulate/Analyses/TransientAnaIysis一命令,在出现的TransientAnalysis对

6、话框中选取输出变量节点C1和C2,将Endtime改为0.002sec,将minimumnumberoftimepoint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6.48V,其电压峰一峰值之差约为8.4301-4.4510=3.9791V。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=39.7。从图3中可以看出，输出直流电压为0,其峰一峰值为3.979I一(一3.9791)=7.9582V。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

7、。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'=8.1984/0.1=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：数项目V1p-pUc1p-pUc2p-pUop-pA单端输入单端输出100mv4.0277v3.9307vXAd3=40.28双端输出Xx7.9584vAd4=79.58共模输入单端输出100mv0.0992v0.0949vXAc1=99.2X0.01双端输出xX4.2978mvAc2=4.2978X0.0

8、1表1长尾式差动放大电路仿真结果(f=1kHz时)数项目V1p-pUc1p-pUc2p-pUop-pA单端单端输出100mv4.0995v4.0987vxAd3'=41输入双端输出XX8.1982vAd4'=81.98共单端输100mv0.7mv0.9mvxAc1'=0.7X0.011模出输双端输Xx0.3097mvAc2'=0.3097X入出0.01表2恒流源式差动放大电路仿真结果（f=1kHz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

9、抑制比Kcmr=Ad2/Ac21.852X0.001恒流源式差放电路的共模抑制比Kcmr'=Ad2'/Ac2'=2.647X0.0001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/TemperatureSweepAnalysis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

10、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+RbeIIR3=970.55Ro=2Rc=10k磕希AnalysisGraphs1=

11、|回|S3File-EditVie-wToolsO-ptia-nsHe-lp口|,|口|倍|兑|七|0|上曲|司回川国二闺回匾|圈DCSweeptt3|TransferFunction苻2|TransferFunctionU3DCSweepDCSweep#5|卜tilingDCtransfercliaracteriStic6-i500.0ml01.5202530wlVoltage(V>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0.5V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