电子系统仿真实验 实验报告

大连理工大学

本科实验报告

课程名称： 电子系统仿真实验 学院（系）： 信息与通信工程学院 专 业：电子信息工程（英语强化） 班 级： 电英1201班 学 号： 学生姓名：

2014 年 12 月 5 日

带有源负载的射极耦合差分式放大电路

一、实验目的和要求

1、 实验目的

利用模拟电子线路和电子系统仿真实验课程上学习到的相关知识，使用Multisim仿真设计软件设计一个差分式放大电路，并进行仿真和分析。 2、 实验要求

① 供电电源：±6V直流电源； ② 系统电压增益：547.4±50； ③ 带宽：320±10KHz；

二、实验原理和内容

1、 电路组成

电路如下图1所示，其中T1、T2对管是差分放大管，T3、T4对管组成镜像电流源作为T1、T2的有源负载，T5、T6对管，R，Re6和Re5构成电流源为电路提供稳定的静态电流。该电路是双入—单出差分式放大电路。

VCC6VT32N3906Ric3↓4.7kΩic1↓+vi1=+1/2vid-↓IC5=IOT62N3904IE6↓Re651ΩIE5↓T52N3904↓IC6T12N3904ec2T42N3906↓ic4↓ic2T22N3904vi2=-1/2vid-io→IREF↓vo2+Re5100ΩVEE-6V图1 带有源负载的射极耦合差分式放大电路

2、 工作原理

① 静态时，vi1?vi2?0，由VCC、?VEE、R、T6和Re6决定电路的基准电流IREF，即：

IE6?IREF=

VCC+VEE?VBE6

R?RE61

电路的电流源电流：IE5?IE6Re6?IO Re5故该电路又称比例电流源电路。差分电路的静态偏置电流IC1?IC2?IC3?IC4?IC5/2?IO/2，此时输出电流iO?IC4?IC2?0，没有信号电流输出。

② 当加入信号电压vid时，vi1??vi2?vid/2，T1电流增加、T2电流减小，即

ic1??ic2，流入电流源的电流不变（即IO不变），ve?0，故交流通路如图2所示，图中画出的电流为信号电流，ic3?ic1，ic4?ic3，ic2??ic1。所以输出电流

iO?ic4?ic2?ic1?(?ic1)?2ic1。由图可见，带有源负载差分放大电路的输出电流是基本

单端输出差放的两倍。

e4T32N3906ic3=βib3↓ic1=βib1↓+vi1=+1/2vid-e2T12N39042ib3↓c2↓ic4↓ic2T22N3904vi2=-1/2vid-vo2+ib3 ib4→ ←T42N3906图2 有源负载差分式放大电路交流通路

三、主要仪器和设备 名称 电子计算机 型号 惠普G4-2022TX 主要性能参数 操作系统 Windows 7 旗舰版 64位 SP1 ( DirectX 11 )处理器：Intel Core i5-2450M CPU @ 2.50GHz 提供多种电路分析方法及虚拟仪器设备 电路分析软件 Multisim 12.0 表1 主要仪器和设备

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四、实验步骤及操作方法

1、 实验电路原理图

VCC6VT32N3906R4.7kΩc1in1V150uVrms 100 Hz 0° T12N3904T22N3904in2V250uVrms 100 Hz 0° T42N3906AB_+_Ext Trig+_+XSC1outeT62N3904T52N3904Re651ΩRe5100ΩVEE-6V图3 带有源负载的射极耦合差分式放大电路原理图

2、 元器件表 Component Group Basic Basic Basic Transistor Transistor Source Source Source Family Resistor Resistor Resistor BJT_NPN BJT_PNP Power_Source Power_Source Power_Source 表2 元器件 Value 4.7KΩ 100Ω 51Ω 2N3904 2N3906 50μV 6V -6V R Re5 Re6 T1、T2、T5、T6 T3、T4 V1、V2 VCC VEE

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3、 仿真与分析

① 静态工作点测试

静态工作点分析的设置和结果如图4、5所示：

图4 静态工作点分析输出设置

图5 静态工作点测试结果

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根据分析结果，得：

基准电流IREF=2.38mA（即I(R)），偏置电流IC5=1.37mA（即@qt5[ic]），IC1=0.677（即@qt1[ic]），IC2=0.675（即@qt2[ic]），VCE1=V(c1)-V(out)=5.03?(?0.65)V=5.68V， Vce2=V(out)-V(e)=5.14-(-0.65)V=5.79V，与理论计算在误差允许的范围内相符，说明了电路设置了合适的静态工作点，可以进行正常的放大。

② 电压增益测试

使用瞬态分析的方法，仿真电路中输入、输出的波形。瞬态分析的设置和结果如图6、7、8所示：

图6 瞬态分析参数设置

图7 瞬态分析输出设置

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图8 瞬态分析输出波形

观察输出波形得，输入电压的幅度为70.71μV*2=141.42μV，输出电压的最大值为5.22V，最小值为5.05V。所以输出电压的振幅为(5.22-5.05)/2V=85mV，所以系统电压增益为Av=85mV/141.42μV=579<547.4+50，满足设计要求。

③ 测试幅频特性 使用交流分析的方法，测试系统的幅频特性。交流分析的设置及结果如图9、10所示：

图9 交流分析频率设置

图10 交流分析输出波形

观察输出波形得，输出电压的增益最大值为61.32dB，截止频率为320.25KHz，对应的增益为58.32dB。所以通频带为0Hz~320.25KHz，故带宽为320.25KHz，符合设计要求。

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④ 测试系统的噪声 使用噪声分析的方法，测试系统的噪声。测试使用的设置及结果如图11、12、13、14所示：

图11 噪声分析参数设置

图12 噪声分析频率设置

图13 噪声分析输出设置

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图14 噪声分析输出波形

由输出波形可知，最大噪声功率谱密度为6.43*10^（-19）V^2/Hz，远远小于输出功率，可以认为噪声对输出不产生影响，可以忽略。

⑤ 测试直流电源对输出的影响 使用直流扫描的分析，测试直流电源对输出的影响。测试使用的设置及结果如图15、16、17所示：

图15 直流扫描参数设置

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图16 直流扫描输出设置

图17 直流扫描输出波形

根据直流扫描输出波形可知，直流电源的电压对输出产生线性的影响。

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⑥ 测试系统的失真 使用失真分析的方法，测试系统的三次谐波失真。测试使用的设置及结果如图18、19、20所示：

图18 失真分析参数设置

图19 失真分析输出设置

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图20 失真分析输出波形

根据输出波形可知，三次谐波失真最大值为35.92pV。与输出电压相比，三次谐波失真远远小于输出电压，可以忽略。

五、实验结果与分析

根据上述分析，系统电压增益为579，与理论计算的系统电压增益547在误差允许的范围内相符。 测试出的基准电流IREF=2.38mA（即I(R)），偏置电流IC5=1.37mA（即@qt5[ic]）， IC1=0.677（即@qt1[ic]），IC2=0.675（即@qt2[ic]），Vce1=V(c1)-V(out)= 5.03-(-0.65)V=5.68V，Vce2=V(out)-V(e)=5.14-(-0.65)V=5.79V。与理论的基准电流IREF=2.38mA，偏置电流IC5=1.37mA，IC1=0.676mA，IC2=0.674mA，电压Vce1=5.96V，Vce2=5.65V在误差允许的范围内相符。 所以设计符合要求。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3t87.html