3.2差分放大电路仿真

差分放大电路仿真一、实验目的1.掌握差动放大电路对放大器性能的影响。

2.学习差动放大器静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的仿真方法。

3.学习掌握Multisim交流分析4.学会开关元件的使用二、实验原理图3.2-1是差动放大器的基本结构。

它由两个元件参数相同的基本共发射放大电路组成。

当开关K 拨向左边时，构成典型的差动放大器。

调零电位器RP用来调节VT1、VT2管的静态工作点，使得输入信号Ui＝0时，双端输出电压Uo＝0。

R E为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。

图3.2-1 差动放大器原理电路在设计时，选择VT1、VT2特性完全相同，相应的电阻也完全一致，调节电位器RP的位置置50％处，则当输入电压等于零时，UCQ1= UCQ2，即Uo＝0。

双击图中万用表XMM1、XMM2、XMM3分别显示出UCQ1、、UCQ2、Uo电压，其显示结果如图3.2-2所示。

（a）UCQ1显示结果（b）Uo显示结果（c）UCQ2显示结果图3.2-2 UCQ1、、UCQ2、Uo显示结果三、虚礼实验仪器及器材双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表四、实验内容与步骤1. 差动放大器的静态工作点分析 典型差动放大器电路静态工作点EBEEE E R U U I -≈（认为UB1＝UB2≈0），E C2C1I 21I I ==恒流源差动放大器电路静态工作点E1BEEE CC 212E3C3R U )U (U R R R I I -++≈≈，C3C1C1I 21I I == （1）按下图3.2-3输入电路图3.2-3（2）调节放大器零点把开关S1和S2闭合，S3打在最左端，启动仿真，调节滑动变阻器的阻值，使得万用表的数据为0（尽量接近0，如果不好调节，可以减小滑动变阻器的Increment 值）。

（3）直流分析启动直流分析，将测量结果填入下表：2. 差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 （1）测量差模电压放大倍数当差动放大器的发射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad 由输出端方式决定，而与输入方式无关。

R C +U CC T u o u i 2R E +U CC R C T u o u i 2R E R B R B -U EE-U EE 1）两个输入端和两个输出端。

本节先介绍输入级电路——差动电路，后介绍输出级电路——互补对称电路。

3.2 差动与互补对称电路3.2.1差动放大电路及其特点1.电路图2.特点及要求2）由两个元件参数完全对称的共射极放大电路组成。

3.输入输出方式③单端输入双端输出；①双端输入双端输出；②双端输入单端输出；④单端输入单端输出。

-U EER C +U CCR C T T u o1u o2u o ＋－u i1u i2R E R B R B -U EER C +UCCR C T T u o1u o2u o ＋－u i1u i2R ER B R B -U EE R C +U CC R C T T u o ＋－u i1u i2R E R B R B u o i1u i2-U EE R C +U CC R C T T u o u i R E R B R B ＋－－U EE R C +U CC R C T T u o u i R E R B R B 输入级的位置决定了它的特殊性，即要求有较高的输入阻抗、较强的抗干扰能力，具有抑制零点漂移的功能等。

所谓零点漂移，就是放大电路的输入端无输入信号的情况下，输出端却有缓慢变化的输出电压的现象。

引起零点漂移的主要原因是温度。

要满足这些特殊要求，一般在电路结构上采取措施，常采用差动结构，即差动放大电路。

这种电路结构在模拟集成电路中应用最为广泛。

4.输入信号的特点1）u i1和u i2大小相等极性相同，此称为共模信号，记作u ci1=u ci22）u i1和u i2大小相等极性相反，此称为差模信号，记作u di1=－u di23）比较输入信号（非共、差模信号）u i1≠u i2，比较信号可分解为一对共模和一对差模的叠加，即4）干扰、零点漂移等效为共模信号。

仿真实验三差分电路仿真实验一、实验目的（1）通过Multisim来仿真电路，测试差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻；（2）加深对差分放大电路原理的理解；（3）通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用；二、实验平台Multisim 10.0三、实验原理差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态。

当外信号加到两输入端子之间，使两个输入信号V i1、V i2的大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。

此时，外输入信号称为差模输入信号，以V id表示，且有:当外信号加到两输入端子与地之间，使V i1、V i2大小相等、极性相同时，称为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以V ic表示，且:当输入信号使V i1、V i2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号Vid和共模信号V ic两部分组成，其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。

(1)对差模输入信号的放大作用当差模信号V id输入(共模信号V ic=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相反，即V i1=－V i2=V id/2,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相反，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压V od1、V od2大小相等、极性相反，此时双端输出电压V o=V od1－V od2=2V od1=V od,可见，差放能有效地放大差模输入信号。

要注意的是：差放公共射极的动态电阻R e对差模信号不起(负反馈)作用。

(2)对共模输入信号的抑制作用当共模信号V ic输入(差模信号V id=0)时，差放两输入端信号大小相等、极性相同，即V i1=V i2=V ic,因此差动对管电流增量的大小相等、极性相同，导致两输出端对地的电压增量，即差模输出电压V oc1、V oc2大小相等、极性相同，此时双端输出电压V o=V oc1－V oc2=0,可见，差放对共模输入信号具有很强的抑制能力。

此外，在电路对称的条件下，差放具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

差模电压放大倍数Aud为： Aud=uod/uid=2uo1/2ui1=Aud1=-βRL//rbe，(RL/=RC//(RL/2) (2)输入电阻Rid为: (3)输出电阻Ro为: Rid=2rbe， Ro=2RC
(4) 共模电压放大倍数 差分放大电路共模输入时电路如图3-4所示 Avc定义为：
vi1 vi 2 vi vic 2 2
vid1 vid 2 vi1 vi 2 vi 2 2
变换后的电路如图3-6b) 所示。进行这样的变换后， 图3-6 单端输入双端输出差分放大电路 电路便可以用双端输入的方 式进行分析。
5.共模抑制比 差分放大电路很难做到电路完全对称，并且Re不可能无穷 大，故Auc不为0。因此，零点漂移不能完全被克服，但将受到 很大的抑制。 在实际应用中，为了衡量差放抑制共模信号的能力（抑 制零漂的能力），制定了一项技术指标，称为共模抑制比 （KCMR）。
3. 电压放大倍数
差模电压增益
共模电压增益
uo Aud = u id uo Auc = u ic
其中
uo
——差模信号产生的输出
——共模信号产生的输出 uo
总输出电压
【例3-2】设有一个理想差 动放大器，已知：ui1=25mV， ui2=10mV，Aud=100，Auc=0。 求差模输入电压uid；共模输 入电压uic；输出电压uo。 解; uid=ui1-ui2=15mV uic=(ui1+ui2)/2=35/2=17.5m V uo=Auduid+Aucuic =100×15+0×17.5 =1500mV
I C3 I E3 VR 2 (VBE3 VBE3 (VR 2 VBE3 ) VBE3 R3 R3