差動(dòng)式放大電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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

2、lt;p>　　所學(xué)專業(yè)名稱 </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào) </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(jì)</p><p><b>　　任 務(wù) 書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： 差 動(dòng) 式 放 大 電 路

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

5、　利用Multisim設(shè)計(jì)一個(gè)差動(dòng)式放大電路。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：能夠運(yùn)用Multisim軟件對(duì)模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析，掌握設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1. 加深對(duì)差動(dòng)放大器性能及特點(diǎn)的理解；&

6、lt;/p><p>　　2. 學(xué)習(xí)差動(dòng)放大器主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法；</p><p>　　3. 在仿真軟件中進(jìn)行調(diào)試檢測(cè)完成課程任務(wù)；</p><p>　　4. 撰寫課程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)................................................................5</p><p>　　4.仿真測(cè)試與分析...................................................

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

10、　　4.2.1 直流差模信號(hào)分析....................................................7</p><p>　　4.2.2 直流共模信號(hào)分析....................................................8</p><p>　　4.3 交流信號(hào)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(hào)分析...............................................10</

12、p><p>　　4.4.2 雙端輸入共模信號(hào)分析...............................................11</p><p>　　5.設(shè)計(jì)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(dòng)放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號(hào)，而且能有效的減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)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(yùn)放電路，他常被用

14、作多級(jí)放大器的前置級(jí)。差分放大電路利用電路參數(shù)的對(duì)稱性和負(fù)反饋?zhàn)饔茫行У胤€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，以放大差模信號(hào)抑制共模信號(hào)為顯著特征，廣泛應(yīng)用于直接耦合電路和測(cè)量電路的輸入級(jí)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：差動(dòng)放大器；Multisim軟件；示波器；耦合器；晶體管 </p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　利用Multis

15、im設(shè)計(jì)一個(gè)差動(dòng)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(hào)： </b></p><p>　　圖一 系統(tǒng)工作原理圖

16、</p><p>　　單元單路的設(shè)計(jì)與選擇</p><p>　　如圖所示采用兩個(gè)完全一樣的三極管組成對(duì)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(shí)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(gè)撥鍵構(gòu)成，每一個(gè)撥鍵控制著一路信號(hào)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(jì)</b></p><p>　　利用Multisim的設(shè)計(jì):</p>

18、<p>　　建立如圖所示的差動(dòng)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(dòng)變阻器控制兩個(gè)三極管發(fā)射極電阻相同。通過撥動(dòng)開關(guān)J1可選擇在差動(dòng)放大電路的輸入端加入直流信號(hào)、交流信號(hào)。、撥動(dòng)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(cè)量差動(dòng)放大電路的直流輸出電壓，示波器用來測(cè)量

19、差動(dòng)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(cè)試與分析</b></p><p>　　4.1靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)，得出如圖靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果</p><p>　　圖四 靜態(tài)工作點(diǎn)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(hào)輸入</p><p>　　4.2.1直流差模信號(hào)分析</p><p>　　分別撥動(dòng)開關(guān)J1、J

21、2，在差動(dòng)放大電路的輸入端加入直流差模信號(hào)，Ui=0.2V(Ui1=0.1V、Ui2=-0.1V),通過數(shù)字萬用表測(cè)得Uo1=2.093V，Uo2=7.147V。 通過分析計(jì)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(hào)）</p><p>　　4.2.2直流共模信號(hào)分析</p>

22、;<p>　　電路中加入直流共模信號(hào)，Ui=0.1V(Ui1=Ui2=0.1V),通過數(shù)字萬用表測(cè)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(hào)）</p><p>　　4.3交流信號(hào)輸入（單端輸入方式）</p><p>　　分別撥動(dòng)開關(guān)J1、J2，在差動(dòng)放大電路的輸入端加入交流

23、信號(hào)，設(shè)置函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率1KHz、幅值為10mV正弦波信號(hào)。</p><p>　　單端輸出差模信號(hào)分析</p><p>　　打開仿真開關(guān)，通過示波器觀察差動(dòng)放大電路差模信號(hào)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(cè)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(hào)分析</p><p>　　由于Multisim提供的示波器不能直接測(cè)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(diǎn)壓波形。在進(jìn)行后處理之前需要對(duì)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(diǎn)的時(shí)域響應(yīng)。在進(jìn)行瞬態(tài)分析時(shí)，Multisim會(huì)根據(jù)給定的時(shí)間范圍，選擇合理的時(shí)間步長(zhǎng)，計(jì)算所選節(jié)點(diǎn)在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的輸出點(diǎn)壓。通常以節(jié)點(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)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(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算處理的工具，不僅能對(duì)仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加法、減法等運(yùn)算，還能對(duì)多個(gè)曲線或數(shù)據(jù)之間進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)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(duì)話框中，選擇對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)9、11輸出電壓進(jìn)行減法運(yùn)算。得到最后輸出的電壓波形。</p><p>　　所以可測(cè)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(hào)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(dòng)放大電路兩個(gè)輸入端同時(shí)加入同樣的交流信號(hào)</p><p>　　4.4.1單端輸出共模信號(hào)分析</p><p>　　如圖所示可得其中一個(gè)輸入波形和單端（9點(diǎn)）輸出波形，可看出輸入波形和輸出波形反相，可測(cè)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(hào)）</p><p>　　4.4.2雙端輸出共模信號(hào)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(diǎn)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(duì)話框中，選擇對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)9、11輸出電壓進(jìn)行減法運(yùn)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(shí)間下兩個(gè)節(jié)點(diǎn)9、11的電壓均相等，可測(cè)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(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)具有較好的抑制作用。</p><p>　　圖十三 差模信號(hào)后期處理表</p><p>　　圖十四 差模信號(hào)處理圖表</p><p><b>　　5.設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p>&l

32、t;p>　　可見差動(dòng)電路對(duì)共模信號(hào)有抑制作用。像溫度的變化對(duì)電源電壓的波動(dòng)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(dòng)電路輸入端加入共模信號(hào)的結(jié)果。所以差動(dòng)電路對(duì)溫度影響有一定的抑制作用，另外和輸入信號(hào)一起加入的干擾信號(hào)也可以被當(dāng)作共模信號(hào)給抑制掉。但實(shí)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(hào)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(diǎn)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(shí)際應(yīng)用中，既有有用的差模信號(hào)，也有無用的共模信號(hào)，差動(dòng)電路對(duì)差模信號(hào)的放大能力和對(duì)共模信號(hào)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(duì)值，即 KCMR=|Aud/Auc| KCMR越大，表明對(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)

34、共模信號(hào)的抑制，而差模信號(hào)的放大實(shí)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(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009</p>