低成本內(nèi)帶電源的隔離放大器

1、低成本內(nèi)帶電源的隔離放大器 - 電源在線（全面版）資料新產(chǎn)品簡(jiǎn)介： 低成本內(nèi)置電源Low-Cost Internally Powered 特點(diǎn)： 小體積、標(biāo)準(zhǔn) SIP12/DIP24 封裝信號(hào)輸入 /輸出/ 工作電源： 3000VAC 三隔離寬信號(hào)帶寬：60KHZ 帶負(fù)載能力強(qiáng)1K Q 內(nèi)置高隔離電源（典型輸出： 12V ， 30mA ） 5V / 12V / 24V 單電源工作寬輸入電壓范圍 較高的線性度（ 0.1% 0.2% ）和溫度范圍 0-10V / 1-5V / 0-5V / 4-20mA / 0-20mA隔離放大器 ICISOLATION AMPLIFIER IC應(yīng)用： 模擬信號(hào)數(shù)

2、據(jù)隔離、采集0-10V / 0-20mA / 4-20mA隔離傳輸及供電 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)隔離傳輸及變換 地線干擾抑制 變頻器、電機(jī)控制 儀器儀表、傳感器信號(hào)隔離傳輸及變換 信號(hào)長(zhǎng)線無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)葮?biāo)準(zhǔn)信號(hào)的輸入 / 隔離輸出說(shuō)明：ISO 系列隔離放大器在同一芯片上提供了電源及信號(hào)的隔離， 該混合集成芯片在同一芯片 上集成了一個(gè)磁電耦合 DC/DC 變換電源及一個(gè) 電流 / 電壓輸出的光電耦合隔離放大器。該 芯片除為內(nèi)部放大電路供電外，還可向外部輸出一路隔離電壓，供外部電路擴(kuò)展使用。這一 特點(diǎn)可方便地為外部電路基準(zhǔn)電源及外部放大電路或其他用戶應(yīng)用電路供電。輸入及輸出側(cè) 寬爬電距離及內(nèi)部隔離措施使該芯片

3、可提供 3000VAC 絕緣電壓。ISO 系列產(chǎn)品使用非常方便，幾乎無(wú)需外部元件，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)電流源長(zhǎng)線傳輸（如圖）3MQ mm4-20bA)主 0-50(0-02)SUA/YUAAl" 隔藹放大器IC,-«.i j 0.25 ：4嚴(yán)(o on0.50(0.02sun-yuanShen zhe n Sunyuan Tech no logy CO., Ltd.深圳市順源科技南湖學(xué)院低頻電子線路課程設(shè)計(jì)課 題：姓 名：指導(dǎo)老師：系 別：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：(1) 啟動(dòng)軟件后建立新的工程文件，命名為Ian，并且在Project Tech no logy Files 欄中選擇“ ADS

4、 Standard:Length unil-millimeter ” ,打開原理圖設(shè)計(jì)窗 口。(2) 選擇File/New Design新建一個(gè)原理圖，命名為 bjt_curve,并在 Schematic Design Temples 欄中選擇“ BJT_curve_tracer ”。韋|415=11(3) 點(diǎn)擊，打開元件庫(kù)，在一中輸入41511，對(duì)41511的查詢結(jié)果可以看到里面有這種晶體管的不同的模型， 以sp為開頭的是S參數(shù)模型， 這種模型不能用來(lái)做直流工作點(diǎn)的掃描，選擇pb開頭的模型，切換到Design窗口， 放入晶體管按照下圖所示接入晶體管，連線按鍵為，注意確認(rèn)線完全接好BJT Cu

5、rve Tracer+ VDCSRC1pb_lhp_AT4l511_19950125QI- Vdc=VCtJL I DCVCE =0 VIBB =0 A/V)SRC2 ldc=IBB 按Simulate彳"鍵，開始仿真，仿真結(jié)束，彈出結(jié)果窗口，如下BJT DC Collector Current vs. Collector-Emitter VoltageUse with BJicurvetracer Sc hem atic Template12-r10|BB=1.0DDE-4 IBB=©.OOCE-fl | 日日IQB=7DOCE-5rn-n nmr-rIBB=4. 口口

6、w-# IBS=3.000E-'5I9B=2 DOCE-4VCEValues at bias point indicated by marker ml. Move marker to update.m 1VCE=3.000 IC.i=0.006 IBB=0.0000603 0000018Device PowerVCFConsumption, Watts晶體管直流工作點(diǎn)掃描選定晶體管的直流工作點(diǎn)后，可以進(jìn)行晶體管的S參數(shù)掃描，本節(jié)中選用的是S參數(shù)模型sp_hp_AT-41511_2_19950125這一模型對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)為 Vce=2.7V、 lc=5mA(5)新建一個(gè)原理圖，命名為 SP

7、_of_spmod,并在Schematic Design Temples 欄中選擇“ S-Params”。然后新的Design文件生成，窗口如下Teinm Teinm2Num=2Z=50 OhmTerm TermlNum= 1Z=50 OhmSP1Starf=i .O GHzStop=10.D GHz Step=0.1 GHzDisplayTemplate dieptempl "S_ Pa ramsQua ddiB Smith" 加入sp模型的晶體管，并連接電路如圖TermTerrnlNunfl 1Z 50 Ohm-SP_P_AT-斗 I 51 1_2_19050125 S

8、NP1Blas="BJ（： VC&=2 .7V IC=5mA- Frequency=HCl 10-5 1 > GHz:*TermTermZZ 50 OhmS- PARA IVIE TE RSSP1Start=1i OHz St 口 p= 1 GHzStep = O 1 GHz| M盅 | DnspliayTEm口Icte dl-Bpcem 口1 sS_Paranns_G>uad_dB_Snnrth(7) 由于sp模型本身已經(jīng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)確定的直流工作點(diǎn)，因此在做S參數(shù)掃描S-PARAIWETERS的時(shí)候無(wú)需加入直流偏置。觀察sp模型晶體管的參 數(shù)顯示，在此例中，標(biāo)定

9、的頻率適用范圍為0.15.1GHz，雙擊修改參數(shù)如右。PWAMETE 氏 SWEEP在控件中作S ParamSP1%甘口GHzStop =5 10 GHzStepO D5 GHi(8)點(diǎn)擊按鍵進(jìn)行仿真。仿真結(jié)束后，系統(tǒng)彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，下圖所示的史密斯圓圖中就是BJT模型的S(1,1)參數(shù)和S(2,2)參數(shù)，它們分別表示了 BJT的輸入端口反射系數(shù)和輸出端口反射系數(shù)。sCMranq (10CiOHzto5.1DOGhz':freq C100.0 M Hz to 5,10 (K3H z)下圖列出了 BJT模型的S(1,1)參數(shù)和S(2,2)參數(shù)，它們分別表示了 BJT勺正向 和反射的功率

10、傳輸參數(shù)。z/1廠R everM Tran an isaon, dB -WForward Transmission, dB話555匕匕.5(9)接著點(diǎn)擊 !，激活的是數(shù)字列表的顯示方式，在SP_of_spmoi中選擇S(1,1)，然后再點(diǎn)擊 f * 按扭，點(diǎn)確認(rèn)就可在數(shù)據(jù)顯示窗口中插入一個(gè) 關(guān)于S(1,1)的數(shù)據(jù)列表，就可以觀察 在每個(gè)頻率處的S(1,1)參數(shù)的幅度 和相位值了。如右圖所示。(10)雙擊圖中的S參數(shù)仿真控制器，選中其中的Calculate Noise選項(xiàng)，單擊確認(rèn)，再次仿真， 點(diǎn)擊疋按扭，激活的是圖形顯示方 式，在左邊所列的參數(shù)列表中選擇freqSC1.1)1DOD MH20

11、550/65.1500 MHz0 52C y-85.000200.0 MHz0.4W/-WS.iHW250.0 WH30.475/117,0003D00 MHz .+60 J-125.350.0 MHZO+S5/-13£.SM400 0 MHzD+M/*144JXK4SO D MHz£J4«/-19.5<K50Q.D MHzJ 440/-155,iHK550.0 WHs口斗 35/153,500&D00 MHz +3OJ-TS2.650 0 MH20+35/-165.SM700 0 MHzO.+4D/*1B9.jOT7&0 D MHz 440

12、/-172.(KK800.0 MHz0 440/-175.S5D.0 WHs口.44。/77"傾9D0 & MHza.44Q/_179.(XW950.0 MH2 1.MKIGHZ 1.&5C GHz 1 1 兀 GHzO+44J/ 173.SD00MC/ 176.000C.44U/ ir4.5DD0.4W/173 DOO1 1&CGHs1.20CGHz0 440/171.000 G.WHG&.CGO1.25Q GH2fl 44C/167.5001.34X1GHZ0 440； 165.D01250 GH 盂0445/163-5001.400 GHz0.4

13、5C/162WJO1.4弭 t5Hz04MJ/teti WO1.&0C GHzG4&0J 1£&.CCO1 SSaGHs04545/157.000n（f2），然后點(diǎn)擊訕，確認(rèn)，然后在彈出的數(shù)據(jù)顯示格式對(duì)話框中選擇dB,就在數(shù)據(jù)框中插入了一個(gè)關(guān)于n（f2）的矩形圖，如下圖所示SP模型仿真設(shè)計(jì)很多時(shí)候，在對(duì)封裝模型進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)前，通過(guò)預(yù)先對(duì)sp模型進(jìn)行仿真，可 以獲得電路的大概指標(biāo)。sp模型的設(shè)計(jì)，通常被作為電路設(shè)計(jì)的初級(jí)階段。 本節(jié) 首先設(shè)計(jì)sp_hp_AT-41511_2_1995012在2GH處的輸入、輸出匹配。1.構(gòu)建原理圖（1）建立新的工程文件，命名為

14、spmod_LNA并在Schematic Design Temples欄中選擇“ Simulation-S_Param ”。（2）在庫(kù)中選出晶體管sp_hp_AT-41511_2_19950125放在原理圖窗口（3）點(diǎn)擊丄_1，放置負(fù)載終端元件Term1, Term2兩個(gè)端口。（4）然后在原理圖中插入兩個(gè)地線。（5）點(diǎn)擊，放置輸入阻抗測(cè)試控件Zin，插入到原理圖中。(6)點(diǎn)擊，放置s參數(shù)掃描控件。并修改為上一節(jié)中的相同值連接電路圖如下。fermi Num=1 -2=0 0bn.S-PARAf/ICT 匚RSsr|3jkT41L.11_2_1S&L0126 -.SNP1 -lc=5mA*

15、 .Freque10 5 10計(jì)一I旳I 血m2|I2=60 Ohm .顧ZinlZin 1 jin(Sl1TPniZ1)SP1 .Start=O W GHzSlop-5.10 GHzStep=0 05 Cth2. SP模型的仿真(1) 執(zhí)行仿真，并等待結(jié)束。 仿真結(jié)束后，在彈出的數(shù)據(jù)顯示窗口 中插入一個(gè)關(guān)于輸入阻抗Zin1的數(shù) 據(jù)列表，如圖所示。(2) 由列表中可得到2GH點(diǎn) 的輸入阻抗為：20.083/19.829。換 算為實(shí)/虛部的形式為18.89 +j*6.813.輸入匹配設(shè)計(jì)1.600 G Hz 1.S50H2 1.700 6 Hz1.750 GHz 1 .StJO G Hz 1 .

16、S50 G Hz 1.900 GHz 1 00 GHz 2.000 GHz 2.D50 G Hz Z.1OO0H& Z.1500Hz 2.200 Q Hz ±250 估 Hz 2.300 GHz Z.350 GHz 2.W0Hz 2.450 4 Hz z.saooHz Z百爭(zhēng)OGHIz 2.8QDGHS 2:.e506Ms 盤 7OQGHN2.750 GHz Z.SODGHa 2.G50GM2 2.9U0GH3 Z.SOGHtz 3.000 5.050 S.dOOGHzZin1la.IQS / 1 .1&7 18.555/4.075 18.B7*/0.9M 18.S1

17、4/Q 22 1S.0Q4/ 11 455 1S.211 ? 13.B37 19.95/16.7&5 1Q 7Q7 M 7 S30 2Q.0S3 / 1陰20 20.140/21.6(16 20.22/23.383 20.6/25 240 21.095 <27 J017 21.4S4/S9 jge 21.e30r2Q.42S 22.3S631 10122 011 <32.693 23.173? 54.1 M 231/36.59323 833 r 30 .57524 4-ig r57j523 24.765/3855 25.1Or02M25 676/41 0&526 2

18、27 f 412B 657 7 43.095 27.111 / 44.273 27.708 44 日00 28.320 BOB 26.630/4898 25.362/47 75d本部分將為SP莫型設(shè)計(jì)一個(gè)輸入的茶杯網(wǎng)絡(luò)，匹配網(wǎng)絡(luò)是采用微帶 線實(shí)現(xiàn)的，具體過(guò)程如下。(1) 選擇TLin es-Microstrip 元件面板，并在其中選擇微帶線參數(shù)配置工具M(jìn)SU并插入到原理圖中(2)(3)如圖右所示。其中參數(shù)的含義是：H:基板厚度Er:基板相對(duì)介電常數(shù)Mur:磁導(dǎo)率Cond:金屬電導(dǎo)率Hu:封裝高度T:金屬層厚度TanD:損耗角Roungh:表面粗糙度雙擊MSU控件，設(shè)置微帶參數(shù)，IV1 SubM

19、SUBMSubTH=0.8 mm .E二 43 .Mu r= 1Cond=5 88E+7Hu=1.(7e+33 mm T=O33 mm JanD=1e-4 Rough=0 mm(4) 選擇_-元件面板，點(diǎn)擊選擇采用單分支線匹配電路SSMtch放置在原理圖中。(5) 雙擊SSMtch®行設(shè)置，設(shè)置好后如圖 所示。(6) 選中SSMtch電路，并單擊菜單欄中的 在此時(shí)系統(tǒng)彈出Desig nGuide>Passive Curcuit,窗口中選擇砧icrostrip Control Wiridow項(xiàng)，進(jìn)入Passive Curcuit DesignGuidep窗口，在窗口中單'

20、DA_SS M nt iti 1 _spftl Xl_ LN ADA_SShJ.SubiitMSub1n .F二2 GHzz in=55 Ohmzload-1 fcai'zstutr-59 Ohm-xbne=50 Qhrn DeiriO mm擊 按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)完成設(shè)計(jì)過(guò)程。綜合完畢后,即可生成適合的匹配網(wǎng)絡(luò)。(7)匹配網(wǎng)絡(luò)生成后，點(diǎn)擊，進(jìn)入匹配網(wǎng)絡(luò)的子電路，如圖所示。Singfe-S-tub Mertch D&sijari AssistantPassive Circuit D&signGbiideNEEd Help? F'lasw see Hie Passiv

21、e ciircuit D&slryGulde Us&r Manual|RaraffuglerRWlStJtiPKiS將6 Olirn#1Ohm#5Q CFnSCTOhrn#PortPiNum=1TEE TeelSuijSt=,MEubr wi=i.sss mmW2= 1.558 mmW3=1.SSS mmII<>ML INTL2Subst=,MSubVW=1.5BS mmL=4 j5朋 mmPontP2Num=2MLEFTL ISufcst=MlvlEub1lW=1.558 mm L=10 502 mm（8）設(shè)計(jì)完成后，單擊 按鈕返回SP仿真的原理圖中，將剛剛設(shè)計(jì)的

22、匹配電路插入到圖電路中，作為輸入匹配電路，如下SPA SSklatchl pmod LIIA DA.SSMatchlSubrt-MSubT' JF2 GHileffrTerrrl +工.=：HZEin書口.(jhESNP1-II-term'Ierm2'Num=2 上=50 Ohm畫Zm,xml! Zini«zn(S11 FortZI)MSub_., 2lcad=1 &89*6 biZstutFOOhm zline=50 Ohm Delta =0 mm5-PARAM ETER5比 ParamSP1 -Siarifl id GHz Stop =5 W GH

23、z; Step 三 0 tf5 GHz,msb .,MSublH=0,8 mni Er=4 3Mur=1 -Gbnd=5.36E+7 . Hj=1.0e+J3 'rm T=0 D3 mmTanD=1e-4RzmghM rmi（9）電路連接完成后，執(zhí)行仿真，等待仿真結(jié)束。（10） 仿真結(jié)束后在數(shù)據(jù)顯示窗口中查看電路的 S（ 1，1）參數(shù)和S（2, 2） 參數(shù)的史密斯圓圖，并在頻率為2GH處分別插入標(biāo)記，如下圖。f致廠 Qi； nMHrh- h ” 皿世；m1=2 000011S41 1|=0 024 /-152 320P 二 20(D 96曹-J0 021m2MftT? 0006HZS?

24、.2t=0 &92 -4J* 780lmpWK&二 PD* 燈0&54白iraq(1WDMi-bXi 潮町從圖中可以看出，對(duì)于輸入端口來(lái)說(shuō)，反射系數(shù)已經(jīng)很小了，并且輸入阻抗 也接近負(fù)載阻抗50Q;但對(duì)于輸出端口來(lái)說(shuō)，反射系數(shù)仍然不是很小，且輸出阻抗與負(fù)載 阻抗還有一定的差距。(11) 觀察數(shù)據(jù)顯示窗口中關(guān)于 S( 1, 2)參數(shù)和S (2, 1)參數(shù)的矩形圖。從 圖中也可以看出，S ( 1， 2)參數(shù)和S( 2， 1)參數(shù)也有一定的改善。-二2DO R-4D- XL&smp& Lfflmpf-pq GHj-1C'1S.726d 1 a 2Im4k

25、eq-2 000GH2二 gjggm3fiyq-3 OODGHz(12) 在數(shù)據(jù)顯示窗口中查看阻抗Zin1的數(shù)據(jù)列表，職下圖所示，從圖中也可以看出，當(dāng)頻率為2GHZ寸，電路的輸入阻抗接近50QofreqZin11.G0Q GHz27 .949 巧6 94呂1 650 GHz30.014 + j7.4541.700 GHz32.364 *j7.7151 750 GHz34.663 +J7.56D1.800 GHz37.177 +7 0321 850 GHz39.868 +16.0241 90DGH742 6 W +jd4171 斬 GHz45 dD7 +j2 0912.000 GHz47.&am

26、p;11 - i1.D4549.&4S j4.2002 100GHz51.405 jO.OSO2 150 GHz51.040 -j13 4252 200 GHz50 795 -j13 9532 250 GHz43 356 -123 6SD2 300 GHz44 392 -J27 6SD? 350 GHz40 477 - i3l 11415 610 -j33 3062 JSOGHz31.2062 &00GHJ藥辭£ )31 7422 SSOGHi22 787 -J33J9642 6Q0GHi19 1&9 -J32 7352 65D GHz16 077 - j31

27、.3712.70D GHZ13391 - 1297442750 GHz2.800 GHz2B50GH27 674-124 D522 900 GHz6 330-J2Z2332 950 GHz5 252 j20 3&S3 ODD GHz4 354 -j10 6393 050 GHz3 57D - jl6 963由以上的仿真結(jié)果可見(jiàn)，電路基本上已經(jīng)達(dá)到了比較好的性能，職：良好的輸入匹配、 較高的增益、穩(wěn)定系數(shù)和噪聲系數(shù)。但另一方面，輸出匹配設(shè)計(jì)匹配還不太好，電路的增益也可進(jìn)一步的提高。下面就進(jìn) 行輸入阻抗匹配設(shè)計(jì)。(1) 對(duì)于輸出及也使用單分支線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配選擇TLines'Mic

28、rostrip”，點(diǎn)擊微帶線工具和T形接頭工具一1，連接電路如圖，元件的方向可以按調(diào)整。(2) 由輸入匹配的設(shè)計(jì)，可知輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的線寬為 1.558mm (當(dāng)然，實(shí)際制作電 路的時(shí)候，不可能達(dá)到這樣的精度) ，根據(jù)綜合時(shí)的設(shè)置，這個(gè)寬度實(shí)際上就是 50歐姆特征 阻抗對(duì)應(yīng)的線寬。因此，在輸出匹配電路中，將所有的寬度設(shè)置為此寬度。如圖。TL1MLIN-MLINSubs'1/ISubr. ,VV=1 -.598 mrn ”L=2 S mm:E_ADS . lheSutst= TVlSubl “ W1 -W21.588 rurri =1.588 mm =1.b8H mm-TL2-Subst=

29、-lV1 Subl”W=1.500 mmL=2 5 mmE F T i n r r-HTU3ubst=T?i3ubr'_J W=i.S&Bmm至 L=Z5mnr(3) 完成微帶線參數(shù)后，將輸出匹配網(wǎng)絡(luò)連接到SP模型中去，如下圖所示。Tfrnnl' J A. H： '-J - r _i 1 irr o-Num=l b<SSM3fchi"Z-50CHiubbi-3uM'1id. KTLl''''SLlt-'TUSubVF廠 1 533 mrrL«2- 5 mrn-F-2 GHr Zin-5D

30、Otm.” 7lnan=J 11./3tjb=FOiOhm ,Zlirt-6J 3hrrDefQ=J nm-MT| 上JOE - lit* - sJsFlUSxd- W1 W2t=1 .磁 rr m- 5BS rrmW3=1 Stfc rrmHAFWMLILRSJPF角9lart=0 1C &</SlQp= 1C GTz8tep=0 Q5 GHzMizF '' ti 11 SJiEkMSbbl1.LJ W=1.5S3 mmM歸m,了ip'Zinl ''fcinlanfSIl.PbnZt ''MUNT12 ''

31、''SLlst-ISubr vri .535 nr -L»2 5 mmdl- 2二-50 Of I miF4SJ&'MSlibl HP 3 mm Er=43Hit=l CoM=5 3SE*7_ Hul 0«+33 mir DI rnnT3nD1e4 RougliC mm(4) 在原理圖設(shè)計(jì)窗口的OpUm/Stet/YieWME 元件面板列表中選擇一個(gè)優(yōu)化控件Optim并插入到原理圖中。將優(yōu)化控件中的Maxlters的值改為200,增加優(yōu)化次數(shù)。再在列表中選擇2個(gè)優(yōu)化目標(biāo)控件GOAL，并插入到原理圖中進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置好后如圖所示。GoalOpbm

32、Gcal2Expi-dBfSfl.nySimlnstaric9Name=lhSP2'Min=Max =-20Weiglit-RangeVar1=RangeMin1=RangeMa41l=GoalOptim Go 創(chuàng) 1ExphdB(S(22)rSimin stanceNam e - "SP 2"Min=Max-15Weight 巧Range Var I-RangeMin1=Range Ma4H=(5)插入一個(gè)新的S參數(shù)仿真控制器，并將其頻率范圍設(shè)置在2GHz附近，如右圖。S-PARAMETERSSFaramSP2Start-LS GHzSfoD-2 2 ST（6）設(shè)

33、置TLIN1和TL3的優(yōu)化范圍。雙擊TLIN1，先中L項(xiàng)，然后單擊進(jìn)入如下窗口。把 Optimization項(xiàng)設(shè)置好后如圖所 示，就把優(yōu)化范圍設(shè)置為 2.0mm到40mm。 TL3的設(shè) 置方法和參數(shù)同上。（7）進(jìn)行仿真，仿真結(jié)束觀察 S（ 1，1 ），Sfreq. Grtz4D -6001J3455帕q. Gm- 加-4O回-0a azloCB 匚巴mp（1，2） S （ 2，1） S （2，2）的數(shù)據(jù)曲線如下圖所 示。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，S（ 1 , 1）的參數(shù)反而不如不加輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)前，這是由于加入匹配網(wǎng)絡(luò)后，改變了原來(lái)電路的輸入阻抗，使電路的輸入阻抗不再為 50歐。但S（2,

34、2）有了很大的改善，優(yōu)化后的 S（ 1，2）和S（2，1）也有了不同程度的改善。（8）反復(fù)調(diào)整優(yōu)化方法、優(yōu)化目標(biāo)中的權(quán)重Weight，還可以對(duì)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，最終得到合適的結(jié)果。綜合指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)1.放大器穩(wěn)定性分析首先來(lái)分析放大器的穩(wěn)定性，放大器的穩(wěn)定性理放大器的一個(gè)重要的指標(biāo)， 如果電路穩(wěn)定系數(shù)變得很?。ǖ陀?.9）,貝U難以達(dá)到預(yù)期性能。（1）在元件面板中選擇一個(gè)穩(wěn)定系數(shù)測(cè)量控件 StatbFct,并插入到原理圖中，如右圖所示。（2）使原理圖設(shè)計(jì)窗口中的優(yōu)化控件失效，進(jìn)行仿真 StabFact "" SlabFacil -（3）封裝模型仿真設(shè)計(jì)進(jìn)行完sp模型設(shè)計(jì)以后

35、，需要將sp模型替換為封裝模型來(lái)作進(jìn)一步設(shè)計(jì)，有 以下工作需要進(jìn)行將sp模型替換為封裝模型。選擇直流工作點(diǎn)并添加偏置電壓。偏置網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。封裝模型電路的S參數(shù)仿真。直流偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)1. 偏置網(wǎng)絡(luò)計(jì)算（1）打開直流工作點(diǎn)掃描的電路原理圖bjt_curve，并在原理圖中BJT的基 極加入一個(gè)節(jié)點(diǎn)名稱VBE。（2）將原理圖中的直流電壓源SCR1的Vdc改為2.7V。（3）刪除參數(shù)掃描控件PARAMETER SWEEP。（4） 雙擊直流仿真控件，在參數(shù)設(shè)置窗口中選擇Sweep選項(xiàng)卡，按下面內(nèi) 容進(jìn)行設(shè)置SweepVar=IBB,表示掃描變量為IBB.Start=0uA，表示掃描起點(diǎn)為OuA.Step=

36、1OOuA,表示掃描終點(diǎn)為100uA. Step=1OuA,表示掃描間隔為10uA.（5）雙擊變量控件VAR，將其中的變量VCE刪除。（6）進(jìn)行仿真。（7）數(shù)據(jù)顯示窗口出現(xiàn)后，在數(shù)據(jù)顯示窗口插入一個(gè)數(shù)據(jù)列表，如下，從圖所示列表中可以看出，當(dāng) VCE=2.7V、IC=5mA時(shí)，IBB=50uA、 VBE=799.2mV。ibb nCiVBEIBB0.0002 637 pA69.91 mVoooo1 OOOE&1 055 mA754 3 mV1.000E-52.000E-52.074 mA773.3 mV2.000E-53.000E-53.053 mA784.6 mV3.000E-54.0

37、 ODE-53.996 mA792 7 mV4.000E-55.0 ODE-54.S06 mA799.2 mVS.OOOE-56.000E-55.786 mA804.5 mV6 000E-57.000E-5.639 mA809 0 mV7 000E-58 CODE-57 407 mA813 0 mV8 OOOE-5OOOOIE8 273 mA816 6 mV9 000E-51 OOOE49.057 mA819.8 mVI.OOOEI（8）在數(shù)據(jù)顯示窗口中插入兩個(gè)偏置電阻計(jì)算的方程，分別為Rb=（2.7-VBE）/IBB 和Rc=2.3/IC.i，如圖2. 偏置網(wǎng)絡(luò)仿真封裝模型的仿真1. 重新建

38、立原理圖(1) 打開spmod_LAN的電路原理圖，并以LAN_package為名稱保存。( 2 ) 刪除2、單級(jí)差分放大器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)如圖所示的電流源負(fù)載放大器，要求滿足下列指標(biāo):工藝ICC網(wǎng)站的0.35um CMOS工藝電源電壓3.3V帶寬10MHz輸入電壓為1.6V時(shí)的增益35dB負(fù)載電容6pF設(shè)計(jì)提示：a) M1和M2尺寸相同；b) Iref盡可能??；設(shè)計(jì)步驟：1、仿真單個(gè)MOS的特性，得到某 W/L下的MOS管的小信號(hào)輸出電阻和跨導(dǎo)。2、根據(jù)上述仿真得到的器件特性，推導(dǎo)上述電路中的器件參數(shù)。3、手工推導(dǎo)上述尺寸下的共源級(jí)放大器的直流工作點(diǎn)、小信號(hào)增益、帶寬。4、如果增益和帶寬不符合題目

39、要求，則修改器件參數(shù)，并重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程。5、 一旦計(jì)算結(jié)果達(dá)到題目要求，用Hspice仿真驗(yàn)證上述指標(biāo)。6、 如果仿真得到的增益和帶寬不符合要求，則返回步驟2，直至符合要求。第六節(jié)、差動(dòng)放大器 一、電路結(jié)構(gòu)和命名方法因?yàn)榭梢詮膬蓚€(gè)輸入端輸入一個(gè)電壓差，又可以從兩個(gè)輸出端輸出一個(gè)被放大的電壓 差，所以被稱為差動(dòng)放大器。、單端輸入雙端輸出電路結(jié)構(gòu)運(yùn)行原理1、靜態(tài)工作點(diǎn)分析Ubi = Ub2=0V，Ue = 0V-0.7V = -0.7VIe = I c1+Ic2 = （E2-0.7V）/R e=2mA， lci= I c2= 1/21 e=1mAUci= U c2=E仁Urc1=E仁Ic1 X

40、Rc1 = E1-IC2X Rc2= 4V2、電路運(yùn)行原理 、正半周的輸入信號(hào)使三極管A的基極電流增大，集電極電流也因基極電流的增大而增大，集電極電阻上的電壓URC1應(yīng)因此而增大，集電極電壓因此而下降。 、三極管A的發(fā)射極電流增大， 會(huì)導(dǎo)致流過(guò)Re上的電流增大，Re上的電壓也因此增大，由于三極管 B的基極接地（Ub2=0）,所以三極管 B的發(fā)射極與基極之間的電壓差被減 小，發(fā)射極電流也因此減小，集電極電流也因此減小，集電極電阻上的電壓Urc2減小，集電極電壓因此而上升。 、當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)電壓的時(shí)候，兩個(gè)三極管集電極的電壓發(fā)生反向的變化。 輸入信號(hào)使兩個(gè)輸出端分別輸出一個(gè)對(duì)稱的下降和上升的被放大

41、的電壓差。3、差動(dòng)放大器在單端輸入時(shí)的輸入阻抗對(duì)于差動(dòng)放大器在單端輸入時(shí)的輸入端來(lái)說(shuō)，三極管D2的發(fā)射極輸入阻抗就是第三極管D1的發(fā)射極電阻的一部分，因此從輸入端看進(jìn)去，這個(gè)阻抗被放大了（供1）倍。相對(duì)于差動(dòng)放大器的發(fā)射極電阻Re來(lái)說(shuō)，三極管 D2的發(fā)射極輸入阻抗很?。╖eb=26/leo），所以，可以基本忽略 Re的影響。又由于兩個(gè)三極管的參數(shù)基本一致，三極管 D2的發(fā)射極輸入阻抗 Zeb被放大（供1）倍之后，基本等于三極管D1的基極輸入阻抗 Zbe,所以，差動(dòng)放大器在單端輸入時(shí)的輸入阻抗；相當(dāng)于同等條件下共發(fā)射極放大器的輸入阻抗的兩倍。4、差動(dòng)放大器在單端輸入時(shí)的電壓放大倍數(shù)由于差動(dòng)放大器

42、在單端輸入時(shí)的輸入阻抗；相當(dāng)于同等條件下共發(fā)射極放大器的輸入阻抗的兩倍，所以，兩個(gè)三極管的Ube和Ueb分別只能獲得輸入信號(hào)電壓的1/2，所以，由此而引起的基極電流變化量也只有同等條件下共發(fā)射極放大器的基極電流變化量的1/2，電壓放大倍數(shù)也就相應(yīng)地為同等條件下共發(fā)射極放大器的電壓放大倍數(shù)的1/2。5、差動(dòng)放大器輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍差動(dòng)放大器的輸出電壓只能在發(fā)射極電壓與電源電壓正極之間變化，所以，兩個(gè)三極管的集電極靜態(tài)工作電壓在等于發(fā)射極電壓與電源電壓正極之間一半的位置時(shí)，有最大的動(dòng)態(tài)范圍。由于發(fā)射極電壓與基極電壓之間0.7V的電壓差可以忽略，所以，可以將取兩個(gè)三極管的集電極靜態(tài)工作電壓設(shè)置等于零

43、與電源電壓正極之間一半的位置。的性質(zhì)相反，這是由于共發(fā)射極和共基極放大器只有一個(gè)三極管一一基極與發(fā)射極之間只有 一個(gè)二極管的正向?qū)ㄗ杩沟奶匦运隆墓舶l(fā)射極和共基極放大器輸出電壓失真的特點(diǎn)來(lái)看，輸出電壓負(fù)半周的電壓放大倍數(shù)隨著輸入信號(hào)電壓的增加而逐漸加大，輸出電壓正半周的電壓放大倍數(shù)隨著輸入信號(hào)電壓的增加而逐漸減小，而輸出電壓負(fù)半周的電壓放大倍數(shù)隨著輸入信號(hào)電壓的增加而逐漸加大的 趨勢(shì)更明顯一些。 所以，從總體來(lái)說(shuō)，共發(fā)射極和共基極放大器的電壓放大倍數(shù)是隨著輸入 信號(hào)電壓的增加而逐漸加大的趨勢(shì)。、圖B是差動(dòng)放大器輸出電壓失真的特點(diǎn)一一輸出電壓正負(fù)半周失真的性質(zhì)相同， 這是由于差動(dòng)放大器的兩個(gè)

44、三極管的基極與發(fā)射極之間的正向?qū)ㄗ杩故且粋€(gè)反向串聯(lián)的 關(guān)系。這種反向串聯(lián)的關(guān)系使得在信號(hào)較小的時(shí)候，差動(dòng)放大器輸出電壓的失真因輸入端二極管正向?qū)ㄗ杩沟姆聪蜓a(bǔ)償而減小。又由于二極管正向動(dòng)態(tài)導(dǎo)通阻抗的反向串聯(lián)關(guān)系，隨著信號(hào)的增大而動(dòng)態(tài)導(dǎo)通阻抗增大的作用會(huì)越來(lái)越占據(jù)主導(dǎo)地位，所以，差動(dòng)放大器隨著輸入電壓的逐漸增大，電壓放大倍數(shù)是逐漸減小的趨勢(shì)，這種特性很便于振蕩器的穩(wěn)幅。靜態(tài)工作點(diǎn)與單端輸入電路相同運(yùn)行原理：當(dāng)輸入信號(hào)Ui為正電壓的時(shí)候，變壓器同名端的結(jié)構(gòu)使三極管B的基極此時(shí)獲得正半周的電壓輸入 Ui2。三極管B的基極電流Ib2因此增大，集電極電流因基極電流 的增大而增大，集電極電阻上的電壓UR

45、C2也因此而增大，集電極電壓UC2因此而下降。同時(shí)，變壓器同名端的結(jié)構(gòu)使三極管 A的基極獲得負(fù)半周的電壓輸入 -Uii。三極管A的 基極電流Ib1因此減小，集電極電流因基極電流的減小而減小， 集電極電阻上的電壓 URC2也 因此而減小，集電極電壓 UC2因此而上升。差動(dòng)放大器兩個(gè)三極管輸出端分別輸出一個(gè)對(duì)稱的下降和上升的被放大的電壓差。兩個(gè)三極管的集電極電壓各自與基極電壓的相位相反。當(dāng)輸入信號(hào)負(fù)電壓的時(shí)候，兩個(gè)三極管集電極的電壓發(fā)生反向的變化。由于兩個(gè)三極管的發(fā)射極電流一個(gè)增大，一個(gè)減小，發(fā)射極電阻上的電流沒(méi)有發(fā)生變化，因此發(fā)射極電壓 Ue也保持不變。四、差動(dòng)放大器適合放大直流信號(hào)的原理1、其

46、它放大電路的輸入結(jié)構(gòu)如圖所示:放大器輸入端與地之間都有直流電壓差，因此放大器輸入端與信號(hào)輸入之間必須接上一個(gè)隔直流電容，以保證三極管能獲得正常的靜態(tài)偏置電流，放大器也因隔直流電容的存在而不能放大直流信號(hào)2、差動(dòng)放大器的輸入結(jié)構(gòu)如圖所示:如圖A 所示，差動(dòng)放大器的輸入端沒(méi)有直流電壓差，可以不需要隔直流電容，因此可以 放大直流信號(hào)。如圖B所示，差動(dòng)放大器的輸入端也可以加上隔直流電容，因此也可以只放大交流信號(hào)而不放大直流信號(hào)。五、電路設(shè)計(jì)1、雙電源結(jié)構(gòu)如圖 A所示：條件：雙電源 Ei=E2=12V要求：每個(gè)三極管的集電極電流|c仁|c2 1mA 、Re的設(shè)計(jì)差動(dòng)放大器的總靜態(tài)工作電流由發(fā)射極電流決定

47、，所以，首先根據(jù)E2和設(shè)計(jì)Re的阻值來(lái)獲得規(guī)定的集電極電流。T |ci + |c2=|Re=(E2-0.7V)/R e Re=(12V-0.7V)/2 沁 6K Q 、Rci和Rc2的設(shè)計(jì)差動(dòng)放大器的電路結(jié)構(gòu)；決定了三極管的集電極輸出電壓只能在電源正極發(fā)射極電壓之間變化。所以，三極管的集電極靜態(tài)工作電壓應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)在電源正極和發(fā)射極電壓之間的中間/ Urci=Urc2Ei/2 6V/ |Rci = | RC2=1mA Rci=Rc2=U rc/| Rc=6V/1mA=6K Q2、單電源結(jié)構(gòu)如圖 B所示： 、Rb1和=Rb2的設(shè)計(jì)單電源結(jié)構(gòu)與雙電源結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，需要用Rb1和Rb2串聯(lián)電路給兩個(gè)差

48、分三極管的基極提供一個(gè)與電源電壓的正負(fù)極有合理關(guān)系的對(duì)地電位。這個(gè)對(duì)地電位一方面應(yīng)給兩個(gè)差分三極管的集電極以足夠的輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍，另方面應(yīng)給兩個(gè)差分三極管的發(fā)射極與電源負(fù)極之間以足夠的電壓來(lái)獲得規(guī)定的發(fā)射極電流。Rb1和Rb2的比值大致相等時(shí)，能滿足上述條件。所以，取Rb1=Rb2。因?yàn)榱鬟^(guò)Rb1和Rb2的電流必須大大于兩個(gè)差分三極管的基極電流，才能對(duì)電路的地電 壓有足夠的穩(wěn)定作用。所以取流過(guò)Rb1和Rb2的電流為兩個(gè)差分三極管的基極電流的10-50倍；比較能滿足上述條件。假設(shè)兩個(gè)差分三極管的B值都是100,在兩個(gè)集電極電流之和 =1mA的情況下，兩個(gè)差分三極管的基極電流之和 =20uA，貝

49、U Rb1+Rb2=E/20uA(10-50)10K Q -60K Q之間。 、Rc1、Rc2、Re的設(shè)計(jì)與雙電源結(jié)構(gòu)的原理相同。課堂作業(yè)：1、條件：E仁E2=12V、lco=1mA。要求：畫出電路結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)并標(biāo)出元件和靜態(tài)參數(shù)、畫出輸入和輸出波形、計(jì)算電壓放大倍數(shù)Av、計(jì)算輸入阻抗Zi、輸出阻抗Z。、2、條件：E=18V、I co=6mA、3=50。要求：畫出電路結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)并標(biāo)出元件和靜態(tài)參數(shù)、 畫出輸入和輸出波形、計(jì)算Av、Zi、Zo3、 條件：E=3V、Ico=0.5mA、3=350。要求：畫出電路結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)并標(biāo)出元件和靜態(tài)參數(shù)、 畫出輸入和輸出波形、計(jì)算Av、Zi、Zo試驗(yàn)四鎖定放大器

50、鎖定放大器可以通過(guò)信號(hào)處理，檢測(cè)出強(qiáng)噪聲下非常弱小的信號(hào)。如果該信號(hào)為Osi n(in V V t 3 =我們?cè)儆盟艘苑讲ǖ母盗⑷~級(jí)數(shù)的展開式41sin(sin(3.3sq V t t3? n?+?然后我們得到：00oskJM|w042221cos(2cos(4cos(6.31535out V V t t t_ ?注意:直流輸出與輸入電壓成正比。為了完成上述功能，在實(shí)驗(yàn)中，我們可以使用開關(guān)電路，sq V高電平時(shí)導(dǎo)通in V ,sq V低電平 時(shí)通過(guò)in V -。詳見(jiàn)下圖所示。sq V源自參考信號(hào)。參考信號(hào)需要通過(guò)比較器轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)。 在本試驗(yàn)中我們將使用339比較器。1考慮如何使用4016模擬開關(guān)和339比較器2組建電路3用1in ref V V V = 交流去測(cè)試電路。4用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)輸出端的直流成分。z輸出端的直流成分與你所預(yù)期的一致嗎？z輸出端的直流成分隨頻率變化嗎？它應(yīng)隨頻率變化嗎？在第一部分，我