基于Protues的差分放大电路的仿真分析

基于Proteus的差分放大电路的仿真分析

杨 庆

（湖北民族学院 湖北恩施市 445000）

摘 要：差分放大电路用途十分广泛。特别是在模拟集成电路中，常作为输入级或中间放大级。利用差分放大电路的参数对称性来抑制零点漂移。也就是说，差分放大电路能放大差模信号，对共模信号有很强的抑制能力。差分放大电路的仿真分析主要是测量电路的静态工作点、单端和双端输出时的差模电压放大倍数、共模电压放大倍数及共模抑制比。 关键词：Proteus，差分放大电路，仿真，分析

中图法分类号： TN710 文献标识码：A

Simulation Analysis of Difference Amplifier Based on Proteus

YANG Qing

Abstract： Application of difference amplifier very wide range. Especially in analogue integrated circuit, often use for input stage or middle amplification stage. Make use of parameter symmetry of difference amplifier restrain zero drift. In other words, difference amplifying circuit can amplify difference-mode signal and to common-mode signal be very strong restrain ability. Simulation analysis of difference amplifying circuit major are measure quiescent point of circuit, difference-mode voltage amplification factor of single-port and double-port output, common-mode voltage amplification factor and common-mode rejection ratio. Keyword: Proteus, Difference amplifying circuit, Simulation, Analysis

差分放大电路用在多级放大电路的第一级，主要目的是减少零点漂移，与单管共射放大电路相比，差分放大电路使用了双倍的元件却得到同样的电压放大倍数，但它却具有相当高的共模抑制比，对共模信号的放大倍数近似为零[1]。差分放大电路的仿真分析主要是测量电路的静态工作点、单端和双端输出时的差模电压放大倍数、共模电压放大倍数及共模抑制比。1 静态工作点的分析

差分放大电路静态工作点测量电路如图1所示[2]。

将开关K1闭合，使输入信号为0，测出差分管Q1的基极、发射极、集电极电位和集电极电流，测量结果见表1.

VB(V) -0.02 VE(V) -0.67 表1 差分放大电路静态工作点测量结果

VC(V) 6.05 IC(mA) 1.19/2 VBE(V) 0.65 VCE(V) 6.72 2 双端输出时的放大倍数和共模抑制比

差分放大电路输入端输入信号分别为vi1和vi2。电路如图2所示[3]。

差分放大电路双端输出时，在输入端分别接频率为1kHz，有效值为100mV的差模和共模信号。在差分对管Q1和Q2的集电极之间接一交流电压表，测出双端输出时的差模输出和共模输出电压，测量电路如图3（a）（b）所示。测量结果分别为9.76V和0V。

-1.19mAR110k+6.05VoltsR210kR610kQ12N2222Q22N2222R8510RRV1-0.02Volts100R710kR562kK1R9510R-0.67VoltsQ32N1893R433kR36.2k图1 差分放大电路静态工作点测量电路

可以算出双端输出时的差模电压放大倍数、共模电压放大倍数以及共模抑制比如下：

Avd??Vod6.37????63.7 Vid0.1 Avc?Voc0??0 Vic0.1Avd63.7??? Avc0 KCMRR?由此可见，双端输出时有很强的差模电压放大倍数，而共模电压放大倍数为零，即共

模抑制能力很强。

+12V-12V+12VR110kR210k R110kAC VoltsR210k Q12N22222N2222R610kRV1100R710kR562kvi1Q32N1893vi2Q12N2222R433k+6.37-12VQ2Q22N2222R36.2kRV1100图2 差分放大电路测量电路

（a）

图3 差分放大电路双端输出测量电路

R110kAC VoltsR210k R110kR210k 0.00+7.77Q12N2222Q22N2222 Q1AC Volts2N2222Q22N2222RV1100RV1100 （b）

图3 差分放大电路双端输出测量电路

（a）

图4 差分放大电路单端输出测量电路

3 单端输出时的放大倍数和共模抑制比

差分放大电路单端输出时，在输入端分别接频率为1kHz，有效值为100mV的差模和共模信号。在差分对管Q1或Q2的集电极与地之间接一交流电压表，测出单端输出时的差模输出和共模输出电压，测量电路如图4（a）（b）所示。测量结果分别为7.77V和6.05V。

（b）

图4 差分放大电路单端输出测量电路

图5 输出波形

R110kR210k+6.05Q1AC Volts2N2222Q22N2222RV1100

Avd?Vod6.85??68.5 Vid0.1Avc?Voc6.05??60.5 Vic0.1Avd68.5??1.13 Avc60.5KCMRR?计算结果表明，单端输出时的差模输出电压放大倍数大于共模输出时的电压放大倍数理想情况下，由于恒流源的内阻较大，共模抑制能力强，共模电压放大倍数应接近零，但实验电路测得的共模电压放大倍数数值不够理想，即共模电压放大倍数并没有降下来。实际应用中的共模输入电压来自温度或其它因素，是系统输入中所不能去除的部分，可以通过差分电路来抑制。显然，双端输出时差分电路对共模信号的抑制能力更强。但实际应用中，绝大部分差分电路后面还有接单端输入电路，故单端输出应用较多，这就要求射极电阻足够大，最好接理想恒流源，它的内阻接近无穷大。对共模信号的抑制能力最强。 4 输出波形的观察

在图5波形图中，第一条波形是差分管Q1的集电极输出的波形，第二条是vi1即Q1的基极输入的波形。从波形图上可以看出，输出信号与输入信号反相，如果在Q2的集电极测量输出波形，输出波形与vi1同相。

上述对差分放大电路的仿真和分析，应用到模拟电路中差分放大电路的教学中，可以加深学生对差分放大电路的理解，有效的突破差分放大电路教学中的难点，提高教学效果。

参考文献

[1] 谢自美.电子线路设计?实验?测试（第三版）[M].武汉.华中科技大学出版社.2006

[2] 朱清慧，张凤蕊，翟天嵩等. Proteus教程—电子线路设计、制版与仿真[M]. 北京.清华大学出版社.2008 [3] 周润景，张丽娜. 基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M]. 北京.北京航空航天大学出版社.2006

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