差動式放大電路課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　電子與電氣工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課 程 名 稱 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè) 計 題 目 差動式放大電路 </p>&

2、lt;p>　　所學(xué)專業(yè)名稱 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p&g

3、t;　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　電氣學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p><b>　　任 務(wù) 書</b></p><p>　　設(shè)計名稱： 差 動 式 放 大 電 路

4、 </p><p>　　學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： </p><p>　　起止時間：自 年 月 日起 至 年 月 日止</p><p><b>　　一、課程設(shè)計目的</b></p><p>　

5、　利用Multisim設(shè)計一個差動式放大電路。</p><p>　　二、課程設(shè)計任務(wù)和基本要求</p><p>　　設(shè)計任務(wù)：能夠運用Multisim軟件對模擬電路進(jìn)行設(shè)計和性能分析，掌握設(shè)計的基本方法和步驟。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1. 加深對差動放大器性能及特點的理解；&

6、lt;/p><p>　　2. 學(xué)習(xí)差動放大器主要性能指標(biāo)的測試方法；</p><p>　　3. 在仿真軟件中進(jìn)行調(diào)試檢測完成課程任務(wù)；</p><p>　　4. 撰寫課程設(shè)計論文要求符合模板的相關(guān)要求，字?jǐn)?shù)要求3000字以上。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要與關(guān)鍵詞

7、..................................................................4</p><p>　　1.設(shè)計任務(wù)....................................................................4</p><p>　　2.系統(tǒng)工作原理........................

8、........................................4</p><p>　　3.總電路圖設(shè)計................................................................5</p><p>　　4.仿真測試與分析...................................................

9、...........7</p><p>　　4.1 靜態(tài)工作點分析..........................................................7</p><p>　　4.2 直流信號輸入............................................................7</p><p>

10、　　4.2.1 直流差模信號分析....................................................7</p><p>　　4.2.2 直流共模信號分析....................................................8</p><p>　　4.3 交流信號輸入............................

11、................................8</p><p>　　4.4 雙端輸入分析...........................................................10</p><p>　　4.4.1 單端輸入共模信號分析...............................................10</

12、p><p>　　4.4.2 雙端輸入共模信號分析...............................................11</p><p>　　5.設(shè)計總結(jié)...................................................................13</p><p>　　6.主要參考文獻(xiàn)........

13、.......................................................13</p><p><b>　　摘要與關(guān)鍵詞</b></p><p>　　摘要：差動放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號，而且能有效的減小由于電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，因而獲得廣泛的應(yīng)用。特別是大量的應(yīng)用于集成運放電路，他常被用

14、作多級放大器的前置級。差分放大電路利用電路參數(shù)的對稱性和負(fù)反饋作用，有效地穩(wěn)定靜態(tài)工作點，以放大差模信號抑制共模信號為顯著特征，廣泛應(yīng)用于直接耦合電路和測量電路的輸入級。</p><p>　　關(guān)鍵詞：差動放大器；Multisim軟件；示波器；耦合器；晶體管 </p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　利用Multis

15、im設(shè)計一個差動式放大電路。主要參數(shù)：選用三極管2N2222A，采用±12V的雙電源，差模電壓增益|Avd|>20，共模抑制比KCMR>>20.</p><p><b>　　2.系統(tǒng)工作原理</b></p><p><b>　　輸入信號： </b></p><p>　　圖一 系統(tǒng)工作原理圖

16、</p><p>　　單元單路的設(shè)計與選擇</p><p>　　如圖所示采用兩個完全一樣的三極管組成對稱式結(jié)構(gòu)作為差分放大電路的基本單元。</p><p>　　2N2222A：它的特征頻率較高為300MHz,導(dǎo)通截止特性良好，所以被推薦用來做高速開關(guān)，同時可以用在音頻放大上。放大倍數(shù)100—300，集電極電流Ic=600mA,集電極功耗Pc=0.3W。</p&

17、gt;<p>　　開關(guān)DSWPK3：由三個撥鍵構(gòu)成，每一個撥鍵控制著一路信號的輸入與截至，開關(guān)上撥為導(dǎo)通狀態(tài)，下?lián)転榻刂翣顟B(tài)。</p><p><b>　　圖二 差分放大電路</b></p><p><b>　　3.總體電路圖設(shè)計</b></p><p>　　利用Multisim的設(shè)計:</p>

18、<p>　　建立如圖所示的差動放大電路。設(shè)置Q1、Q2均為結(jié)構(gòu)相同的NPN型晶體管（2N2222A）。讓他們具有相同的基極和集電極偏置電阻，使用電源由正負(fù)極性相反的12V雙電源構(gòu)成，放置470歐姆的滑動變阻器控制兩個三極管發(fā)射極電阻相同。通過撥動開關(guān)J1可選擇在差動放大電路的輸入端加入直流信號、交流信號。、撥動開關(guān)J2可選擇接+0.1V、-0.1V直流電源或者接地。數(shù)字萬用表用來測量差動放大電路的直流輸出電壓，示波器用來測量

19、差動放大電路的交流輸入、輸出電壓。</p><p><b>　　圖三 總體電路圖</b></p><p><b>　　4.仿真測試與分析</b></p><p>　　4.1靜態(tài)工作點分析</p><p>　　在菜單欄中執(zhí)行Simulate/Analyses/DC Operating Point命令，

20、設(shè)置4、5、6、8、 9、11、12為輸出節(jié)點，得出如圖靜態(tài)工作點分析結(jié)果</p><p>　　圖四 靜態(tài)工作點分析</p><p>　　需調(diào)整Q1、Q2 VCE=6V使得其工作于放大區(qū)。</p><p>　　4.2 直流信號輸入</p><p>　　4.2.1直流差模信號分析</p><p>　　分別撥動開關(guān)J1、J

21、2，在差動放大電路的輸入端加入直流差模信號，Ui=0.2V(Ui1=0.1V、Ui2=-0.1V),通過數(shù)字萬用表測得Uo1=2.093V，Uo2=7.147V。 通過分析計算差模放大倍數(shù) Aud=(2.093-7.147)/0.2=-25.27。 </p><p>　　圖五 萬用表-XMM1|2（直流差模信號）</p><p>　　4.2.2直流共模信號分析</p>

22、;<p>　　電路中加入直流共模信號，Ui=0.1V(Ui1=Ui2=0.1V),通過數(shù)字萬用表測量Uo1=Uo2=4.551V。共模電壓放大倍數(shù)Auc為零。</p><p>　　圖六 萬用表-XMM1|2（直流共模信號）</p><p>　　4.3交流信號輸入（單端輸入方式）</p><p>　　分別撥動開關(guān)J1、J2，在差動放大電路的輸入端加入交流

23、信號，設(shè)置函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率1KHz、幅值為10mV正弦波信號。</p><p>　　單端輸出差模信號分析</p><p>　　打開仿真開關(guān)，通過示波器觀察差動放大電路差模信號輸入波形和單端輸出波形，如圖所示，可看出輸入波形和輸出波形同</p><p>　　可測得單端輸出幅值約為4.801V，而差模輸入電壓幅值為9.450mV，因此電路單端輸出差模電壓放大倍數(shù)為

24、50</p><p>　　圖七 示波器-XSC1示數(shù)</p><p>　　2)雙端輸出差模信號分析</p><p>　　由于Multisim提供的示波器不能直接測量輸出端兩端電壓波形，因此需通過使用后處</p><p>　　理器來觀察雙端輸出點壓波形。在進(jìn)行后處理之前需要對電路進(jìn)行瞬態(tài)分析，然后將瞬態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行后處理。</p>

25、<p>　　瞬態(tài)分析是一種非線性電路分析方法，可用來分析電路中某一節(jié)點的時域響應(yīng)。在進(jìn)行瞬態(tài)分析時，Multisim會根據(jù)給定的時間范圍，選擇合理的時間步長，計算所選節(jié)點在每個時間點的輸出點壓。通常以節(jié)點點壓波形作為瞬態(tài)分析的結(jié)果。</p><p>　　在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，選擇節(jié)點9、11的電壓作為輸出變量，得

26、到如圖所示瞬態(tài)分析結(jié)果。</p><p><b>　　圖八 記錄儀示數(shù)</b></p><p>　　后處理器是專門對仿真結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步計算處理的工具，不僅能對仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加法、減法等運算，還能對多個曲線或數(shù)據(jù)之間進(jìn)行數(shù)學(xué)運算處理。</p><p>　　在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Postprocessor命令，在彈

27、出的后處理器對話框中，選擇對兩個節(jié)點9、11輸出電壓進(jìn)行減法運算。得到最后輸出的電壓波形。</p><p>　　所以可測得雙端輸出電壓的幅值約為253mV。因此，電路雙端輸出差模電壓放大倍數(shù)-25.3。這與步驟（2）進(jìn)行的直流差模信號分析結(jié)果基本相同。</p><p>　　圖九 示波器XSC-1示數(shù)</p><p><b>　　圖十 后期處理表</b

28、></p><p><b>　　4.4雙端輸入分析</b></p><p>　　在差動放大電路兩個輸入端同時加入同樣的交流信號</p><p>　　4.4.1單端輸出共模信號分析</p><p>　　如圖所示可得其中一個輸入波形和單端（9點）輸出波形，可看出輸入波形和輸出波形反相，可測得單端輸出幅值約為4.609V

29、，而差模輸入電壓幅值為9.958mV，因此電路單端輸出共模電壓放大倍數(shù)為約為50。</p><p>　　圖十一 示波器XSC-1示數(shù)（差模輸入信號）</p><p>　　4.4.2雙端輸出共模信號分析</p><p>　　在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，選擇節(jié)點9、11的電壓作為輸出變量

30、，通過仿真得到如圖所示的瞬態(tài)分析結(jié)果。</p><p>　　圖十二 示波器 XSC-1瞬間分析</p><p>　　在Multisim菜單欄中依次執(zhí)行Simulate/Postprocessor命令，在彈出的后處理器對話框中，選擇對兩個節(jié)點9、11輸出電壓進(jìn)行減法運算。得到最后輸出的電壓波形。</p><p>　　所以通過仿真結(jié)果分析，在后處理表中我們可以得出在任意

31、時間下兩個節(jié)點9、11的電壓均相等，可測得雙端輸出電壓的幅值僅為373nV，雙端輸出共模電壓放大倍數(shù)Auc<<1,因此，差動放大電路對共模信號具有較好的抑制作用。</p><p>　　圖十三 差模信號后期處理表</p><p>　　圖十四 差模信號處理圖表</p><p><b>　　5.設(shè)計總結(jié)</b></p>&l

32、t;p>　　可見差動電路對共模信號有抑制作用。像溫度的變化對電源電壓的波動引起兩集電極電流的變化是相同的，因此可以把它們的影響看成是差動電路輸入端加入共模信號的結(jié)果。所以差動電路對溫度影響有一定的抑制作用，另外和輸入信號一起加入的干擾信號也可以被當(dāng)作共模信號給抑制掉。但實際電路中兩管不可能完全相同，所以要求共模輸出電壓越小越好。</p><p>　　在仿真中單端輸出信號出現(xiàn)明顯的失真，導(dǎo)致放大倍數(shù)出現(xiàn)偏差，

33、通過靜態(tài)工作點調(diào)試，仍無法得到準(zhǔn)確的輸出波形，仿真出現(xiàn)誤差。</p><p>　　在實際應(yīng)用中，既有有用的差模信號，也有無用的共模信號，差動電路對差模信號的放大能力和對共模信號的抑制能力，可以用共模抑制比KCMR這一指標(biāo)來描述：KCMR定義為差模電壓放大倍數(shù)Aud與共模電壓放大倍數(shù)Auc之比的絕對值，即 KCMR=|Aud/Auc| KCMR越大，表明對共模抑制的能力越強(qiáng)，理想情況為無窮大。仿真中較好的實現(xiàn)了對

34、共模信號的抑制，而差模信號的放大實現(xiàn)不好。</p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M]. 第五版. 北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 王立欣. 楊春玲.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009</p>