帶恒流源的差動放大器的設計

1、帶恒流源的差動放大器的設計帶恒流源差動放大器是一種應用十分廣泛的電子電路。本文扼要地分析了帶恒流源差動放大器的基本原理和設計了滿足要求的各項性能指標，并應用PSPICE對帶恒流源差動放大器的工作特性進行了仿真分析和研究, 給出了一般的差動放大器電路的分析方法，闡明了仿真軟件在電路分析與設計中的意義。緒論隨著電子計算機技術的發(fā)展，計算機輔助設計已經(jīng)逐漸進入電子設計的領域。 在電路設計工作方面，最初使用的是Protel公司DOS版本的Tango軟件，在當時這一軟件被看作是多么的先進，如今，隨著Windows95/98及NT操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，一些更方便、快捷的電路設計軟件應運而生。PSpice軟件具有

2、強大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，以圖形方式輸入，自動進行電路檢查，生成網(wǎng)表，模擬和計算電路。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設計，還可用于電子線路、電路和信號與系統(tǒng)等課程的計算機輔助教學。與印制版設計軟件配合使用，還可實現(xiàn)電子設計自動化。PSpice軟件幾乎完全取代了電路和電子電路實驗中的元件、面包板、信號源、示波器和萬用表。在電子技術應用方面，一些電路經(jīng)常需要在波形的變化與變換，定時與檢測，控制與報警等方面被使用。 運用pspice對帶恒流源的差動放大電路分析簡便明了，解決問題的速度得到了很大的提高。一、 設計目的：熟悉Pspice的仿

3、真功能，熟練掌握各種仿真參數(shù)的設置方法，綜合觀測并分析仿真結果，能夠綜合運用各種仿真對電路進行分析，學會修改模型參數(shù)。掌握利用Capture來繪制圖形方法。掌握修改元件模型參數(shù)（Model parameter）方法。掌握靜態(tài)（Bias point）分析方法。掌握瞬態(tài)(Transient analysis)分析方法。掌握交流掃描(Ac sweeep)分析方法。掌握利用Probe功能來查看數(shù)據(jù)方法。通過理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)實踐動手能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。二、 設計任務：設計與仿真一個帶恒流源的差動放大器。要求有合適靜態(tài)工作點(Ic1=Ic2=1ma )，單端輸入、單端輸出（或雙端輸出），且Avd

4、大于50，Kcmr大于40dB，頻帶Fh 1Mhz，其中負載RL=10K、電源Vcc 及Vee 均為15V三、 設計電路四、 Pspice仿真及各項技術指標 靜態(tài)工作點的分析* 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * CIRCUIT DESCRIPTION* Creating circuit file 222-SCHEMATIC1-bias.sim.cir * WARNING: THIS AU

5、TOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS*Libraries: * Local Libraries :* From PSPICE NETLIST section of C:Program FilesOrcadLitePSpicePSpice.ini file:.lib nom.lib *Analysis directives: .OP.PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*) .INC .222-SCHEMATIC * INCLUDING 222-SCHEMATIC

6、 * source 222Q_Q5 N01321 N01261 N01410 Q2N2222V_V2 VDD 0 15VdcQ_Q4 OUT2 N01502 N01321 Q2N2222V_V3 VEE 0 -15VdcQ_Q3 OUT1 N01033 N01321 Q2N2222V_V4 UI 0 +SIN 0 1 1k 0 0 0R_RC1 OUT1 VDD 10k R_RC2 OUT2 VDD 10k R_Rb2 N01502 0 100 R_R1 N01261 VDD 68k R_R2 VEE N01261 36k R_Rb1 UI N01033 100 R_RL 0 OUT1 10k

7、 R_Re3 N01410 VEE 4.6565k * RESUMING 222-SCHEMATIC1-bias.sim.cir *.END* 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * BJT MODEL PARAMETERS* Q2N2222 NPN IS 14.340000E-15 BF 255.9 NF 1 VAF 74.03 IKF .2847 ISE 14.340000E-15 NE

8、1.307 BR 6.092 NR 1 RB 10 RC 1 CJE 22.010000E-12 MJE .377 CJC 7.306000E-12 MJC .3416 TF 411.100000E-12 XTF 3 VTF 1.7 ITF .6 TR 46.910000E-09 XTB 1.5 CN 2.42 D .87 * 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * SMALL SIGNAL

9、BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C* NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE( UI) 0.0000 ( VDD) 15.0000 ( VEE) -15.0000 ( OUT1) 2.5703 ( OUT2) 4.8474 (N01033)-647.8E-06 (N01261) -4.9017 (N01321) -.6453 (N01410) -5.5644 (N01502)-647.8E-06 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V2 -2.

10、551E-03 V_V3 2.307E-03 V_V4 -6.478E-06 TOTAL POWER DISSIPATION 7.29E-02 WATTS* 01/07/11 20:26:55 * PSpice Lite (Mar 2000) * * Profile: SCHEMATIC1-bias C:Program FilesOrcadLite222-SCHEMATIC1-bias.sim * OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG C* BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORSNAME Q_Q5 Q_Q4

11、Q_Q3 MODEL Q2N2222 Q2N2222 Q2N2222 IB 1.22E-05 6.48E-06 6.48E-06 IC 2.01E-03 1.02E-03 9.86E-04 VBE 6.63E-01 6.45E-01 6.45E-01 VBC -4.26E+00 -4.85E+00 -2.57E+00 VCE 4.92E+00 5.49E+00 3.22E+00 BETADC 1.66E+02 1.57E+02 1.52E+02 GM 7.73E-02 3.91E-02 3.80E-02 RPI 2.34E+03 4.43E+03 4.43E+03 RX 1.00E+01 1.

12、00E+01 1.00E+01 RO 3.89E+04 7.77E+04 7.77E+04 CBE 6.87E-11 5.24E-11 5.20E-11 CBC 3.82E-12 3.68E-12 4.40E-12 CJS 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 BETAAC 1.81E+02 1.73E+02 1.68E+02 CBX/CBX2 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 FT/FT2 1.70E+08 1.11E+08 1.07E+08 JOB CONCLUDED TOTAL JOB TIME .02（1）測量靜態(tài)工作點，測Re3為4.6565 K。

13、（2）單端加入正選信號1V，AVD=85.778（3）把單端輸入改為雙端輸入，當兩端輸入為0.5V的時候，根據(jù)理論值，共模電壓放大倍數(shù)很小，采用AC Sweep分析，分析頻率從0.01hz到1Ghz，采用十倍頻增量進行遞增，每倍頻采樣點為50，仿真圖如下（4）根據(jù)公式，共模抑制比Kcmr大于40dB（5）共模雙端輸入電壓差摸單端輸入電壓輸出電壓波形（6）測出通頻帶大于1MHz（7）相頻特性曲線如下，測出中頻區(qū)相位差大約為180度五、 理論分析1.靜態(tài)工作點的計算Ics=Ies=R2/（R1+R2）(Ucc+|Uee|)-Uee/ResIc1=Ic2=1/2 Ics2,差摸電壓放大倍數(shù)和共模電壓

14、放大倍數(shù)采用橫流源電路時，差摸電壓放大倍數(shù)由輸出電壓決定，而與輸入方式無關雙端輸出; Re=無窮大單端輸出Avd=B(Rc/RL)/2(Rb+rbe)或Avd=-B(Rc/RL)/2(Rb+rbe)當輸入共模信號時，若為單端輸出，則有Auc=-RL/2Rc若為雙端輸出，在理想情況下Ac=03、 共模抑制比KCMR雙端輸出時KCMR可認為等于無窮大，單端輸出時共模抑制比：Kcmr=BRc/ (Rb+rbe)六、設計與仿真結論利用Pspice軟件對電路進行設計仿真，仿真效果準確，逼真，形象，在跟蹤性和快速性方面取得了令人滿意的效果?？梢赃_到電路的最優(yōu)化設計，既可以省去在面板上做繁雜的試驗，又可以節(jié)

15、省購買實驗元器件，它為電路設計者提供了一個創(chuàng)造性的工作環(huán)境，不僅能使設計者的設計達到高質(zhì)量、高可靠性，同時它使設計者有更多的時間和機會更充分地發(fā)揮其聰明才智，實現(xiàn)更好的優(yōu)化。本次我通過用pspice對帶恒流源的差動放大器的分析就充分認識了其強大的仿真與分析功能。另外我用Pspice還對帶恒流源的差動放大器電路進行了仿真與暫態(tài)、瞬態(tài)等分析，從定性和定量兩個角度對照理論分析結果進行分析，得到了很好的對應結果.可見在電子電路的分析與設計中，采用仿真軟件的輔助，可以很容易地得到與實際設計相近的結果，簡化設計過程.在差動放大電路中，無論是電源電壓波動或溫度變化都會使兩管的集電極電流和集電極電位發(fā)生相同的

16、變化，相當于在兩輸入端加入共模信號。由于電路完全對稱，使得共模輸出為零，共模電壓放大倍數(shù)AC=0，從而抑制了零點漂移。電路放大的只是差模信號。差動放大電路在零輸入時具有零輸出；靜態(tài)時，溫度有變化依然保持零輸出，即消除了零點漂移。電路對共模輸入信號無放大作用，即完全抑制了共模信號?？梢姴钅ｋ妷悍糯蟊稊?shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動電路用多一倍的元件為代價，換來了對零漂的抑制能力。 七、心得體會兩周的實習結束了，在這次的實習中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，我認真設計，積極和同學們相互探討，相互學習。學會了合作，學會

17、了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。通過這次差動放大器的設計，我在多方面都有所提高。掌握了利用Capture來繪制圖形方法、修改元件模型參數(shù)（Model parameter）方法、靜態(tài)（Bias point）分析方法、瞬態(tài)(Transient analysis)分析方法、交流掃描(Ac sweeep)分析方法、利用Probe功能來查看數(shù)據(jù)方法等一系列pspice的功能，對pspice也有了一定的了解，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和實際進行一次訓練，從而培養(yǎng)和提高我獨立工作能力，鞏固與擴充了課程所學的內(nèi)容，掌握了差動放大器設計的方法和步驟。在這次設計過程中，我體會到了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。在此感謝我們的實習老師.，老師嚴謹細致、不厭其煩的態(tài)度是我工作、學習中的