差动放大电路的设计

模拟电子技术课程设计报告

题目：差动放大电路的设计 班级：B电子122 学生姓名：严发鑫 学号：1210702229 指导老师： 沈兆军 日期： 2014.1.5

信息工程学院

目 录

一、设计的任务与要求…………………………………………………3

二、总体方案的选择与设计…………………………3

三、系统工作原理………………………………………………………4 1、单元单路的设计与选择………………………………………4 2、元器件的选择与参数计算………………………………………4 3、总体电路图设计………………………………………5 四、仿真测试与分析………………………………………6 五、设计总结………………………………………14 六、参考文献………………………………………14

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一、设计的任务与要求

利用Multisim设计一个差动式放大电路。主要参数：选用三极管2N2222A，采用±12V的双电源，差模电压增益|Avd|>20，共模抑制比KCMR>>20.

二、总体方案的选择与设计

差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。

输入信号： 差模输入 直流信号 共模输入 单端输入 交流信号 双端输入 差分放大电 路 输出分析 （放大倍数、共模抑制比） 三、系统工作原理 单元单路的设计与选择

如图所示采用两个完全一样的三极管组成对称式结构作为差分放大电路的基本单元。 元器件参数及介绍

根据电路设计的实际情况和参数要求，确定好元器件的参数和要求。 如下图所示 器件名称 三极管 开关 电阻 型号和数量 2N2222A 2个 2个 10K 1% 4个 1K 1% 1个 7.5K 1% 1个 3

电位器 470欧 1个 2N2222A：它的特征频率较高为300MHz,导通截止特性良好，所以被推荐用来做

高速开关，同时可以用在音频放大上。放大倍数100—300，集电极电流Ic=600mA,集电极功耗Pc=0.3W。

开关DSWPK3：由三个拨键构成，每一个拨键控制着一路信号的输入与截至，

开关上拨为导通状态，下拨为截至状态。

总体电路图设计

利用Multisim的设计:

建立如图所示的差动放大电路。设置Q1、Q2均为结构相同的NPN型晶体管（2N2222A）。让他们具有相同的基极和集电极偏置电阻，使用电源由正负极性相反的12V双电源构成，放置470欧姆的滑动变阻器控制两个三极管发射极电阻相同。通过拨动开关J1可选择在差动放大电路的输入端加入直流信号、交流信号。、拨动开关J2可选择接+0.1V、-0.1V直流电源或者接地。数字万用表用来测量差动放大电路的直流输出电压，示波器用来测量差动放大电路的交流输

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入、输出电压。

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四、仿真测试与分析 （1）静态工作点分析

在菜单栏中执行Simulate/Analyses/DC Operating Point命令，设置4、5、6、8、 9、11、12为输出节点，得出如图静态工作点分析结果

需调整Q1、Q2 VCE=6V使得其工作于放大区。 (2) 直流信号输入

1)直流差模信号分析

分别拨动开关J1、J2，在差动放大电路的输入端加入直流

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差模信号，Ui=0.2V(Ui1=0.1V、Ui2=-0.1V),通过数字万用表测得Uo1=2.093V，Uo2=7.147V。 通过分析计算差模放大倍数 Aud=(2.093-7.147)/0.2=-25.27。

2)直流共模信号分析

电路中加入直流共模信号，Ui=0.1V(Ui1=Ui2=0.1V),通过数字万用表测得Uo1=Uo2=4.551V。共模电压放大倍数Auc为零。

(3)交流信号输入（单端输入方式）

分别拨动开关J1、J2，在差动放大电路的输入端加入交流信号，设置函数信号发生器输出频率1KHz、幅值为10mV正弦波信号。

1) 单端输出差模信号分析

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打开仿真开关，通过示波器观察差动放大电路差模信号输入波形和单端输出波形，如图所示，可看出输入波形和输出波形同 相，可测得单端输出幅值约为4.801V，而差模输入电压幅值为9.450mV，因此电路单端输出差模电压放大倍数为50

2)双端输出差模信号分析

由于Multisim提供的示波器不能直接测量输出端两端电压波形，因此需通过使用后处理器来观察双端输出点压波形。在进行后处理之前需要对电路进行瞬态分析，然后将瞬态分析结果进行后处理。

瞬态分析是一种非线性电路分析方法，可用来分析电路中某一节点的时域响应。在进行瞬态分析时，Multisim会根据给定的时间范围，

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选择合理的时间步长，计算所选节点在每个时间点的输出点压。通常以节点点压波形作为瞬态分析的结果。

在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，选择节点9、11的电压作为输出变量，得到如图所示瞬态分析结果。

后处理器是专门对仿真结果进行进一步计算处理的工具，不仅能对仿真得到的数据进行加法、减法等运算，还能对多个曲线或数据之间进行数学运算处理。

在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Postprocessor命令，在弹出的后处理器对话框中，选择对两个节点9、11输出电压进行减法运

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算。得到最后输出的电压波形。

所以可测得双端输出电压的幅值约为253mV。因此，电路双端输出差模电压放大倍数-25.3。这与步骤（2）进行的直流差模信号分析结果基本相同。

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4）双端输入分析

在差动放大电路两个输入端同时加入同样的交流信号 1)单端输出共模信号分析

如图所示可得其中一个输入波形和单端（9点）输出波形，可看出输入波形和输出波形反相，可测得单端输出幅值约为4.609V，而差模输入电压幅值为9.958mV，因此电路单端输出共模电压放大倍数为约为50。

2）双端输出共模信号分析

在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Analyses/Transient Analysis命令，选择节点9、11的电压作为输出变量，通过仿真得到

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如图所示的瞬态分析结果。

在Multisim菜单栏中依次执行Simulate/Postprocessor命令，在弹出的后处理器对话框中，选择对两个节点9、11输出电压进行减法运算。得到最后输出的电压波形。

所以通过仿真结果分析，在后处理表中我们可以得出在任意时间下两个节点9、11的电压均相等，可测得双端输出电压的幅值仅为373nV，双端输出共模电压放大倍数Auc<<1,因此，差动放大电路对共模信号具有较好的抑制作用。

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五、设计总结

可见差动电路对共模信号有抑制作用。像温度的变化对电源电压的波动引起两集电极电流的变化是相同的，因此可以把它们的影响看成是差动电路输入端加入共模信号的结果。所以差动电路对温度影响有一定的抑制作用，另外和输入信号一起加入的干扰信号也可以被当作共模信号给抑制掉。但实际电路中两管不可能完全相同，所以要求共模输出电压越小越好。

在仿真中单端输出信号出现明显的失真，导致放大倍数出现偏差，通过静态工作点调试，仍无法得到准确的输出波形，仿真出现误差。

在实际应用中，既有有用的差模信号，也有无用的共模信号，差动电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力，可以用共模抑制比KCMR这一指标来描述：KCMR定义为差模电压放大倍数Aud与

共模电压放大倍数Auc之比的绝对值，即 KCMR=|Aud/Auc| KCMR越大，表明对共模抑制的能力越强，理想情况为无穷大。仿真中较好的实现了对共模信号的抑制，而差模信号的放大实现不好。 六、参考文献

[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社。

[2]王立欣，杨春玲.电子技术实验与课程设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社。 [3] 程勇，实例讲解Multisim 10电路仿真[M]. 北京：人民邮电出版社。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ek3p.html