模拟电子技术课程设计设计报告.docx
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模拟电子技术课程设计设计报告
模拟电子技术课程设计设计报告
——差动放大电路设计
目录
第1章绪论
1.1设计任务与要求
第2章差动放大电路的设计
2.1元器件参数
2.1电路的设计方案
2.3电路的工作原理及静态与动态的分析
2.4电路理论的计算
2.5差动放大电路的作用
第三章
3.1EWB仿真软件的简介
3.2EWB仿真电路
3.3仿真结果及其分析
第四章
设计小结
第一章绪论
1.1设计任务与要求
设计一个带恒流源的差动式放大电路。
主要参数：
选用2N2218（β值约为150），采用±12V的双电源，恒流源为1.2mA,输入电阻≥20KΩ、双端输出电阻≥20kΩ，差模电压增益Avd≥18，共模抑制比KCMR≥40.
第二章差动放大电路的设计
2.1元器件参数
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
型号和数量
三极管
2N22182个
电位器
50K2个
电阻
7K2个15K2个
备注：
以上元件只是参考参数，可根据实际情况和经验来选择合适的器件。
2.1电路的设计方案
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。
基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。
设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。
差动放大电路的原理图
2.3电路的工作原理及静态与动态的分析
差动放大电路的组成，从电路的结构上看，它具有以下特点：
它由两个完全对称的共射电路组合而成。
电路采用正负双电源供电。
差动放大电路利用电路对称性，可以很好的抑制零点漂移现象。
信号是从三极管的两个基极端输入的，称为双端输入；输入信号是从三极管的两个集电极端输出的，称为双端输出。
Re为差动放大电路的公共发射极电阻，用来抑制零点漂移并决定晶体管的静态动作点。
Rc为集电极负载电阻。
静态分析
当输入信号为零时，放大电路处于静态。
放大电路的直流通路如图所示，
由于电路对称，所以IBQ1=IBQ2,ICQ1=ICQ2,IEQ1=IEQ2,流过Re的电流为IEQ1和IEQ2之和。
由直流通路可以列方程得到静态工作点为：
UEE=UBE1+2IE1Re
IEQ1=IEQ2=（UEE-UBEQ）/2Re
IBQ1=IBQ2=ICQ1/β=IEQ1/β
两管对地的集电极电压为
UCQ1=UCQ2=UCC-ICQ1Rc
动态分析
（1）差模输入。
在放大器两输入端分别输入大小相等、相位相反的信号，即ui1=-ui2时，这种输入方式称为差模输入，所输入的信号称为差模输入信号。
差模输入信号用uid来表示。
差模输入电路如图所示。
可得
uid=ui1-ui2=2ui1（ui1=-ui2=1/2uid）
（2）共模输入
差动放大电路的两个输入端加上大小相等、极性相同的信号叫共模输入，用uic表示。
电路形式如下。
uic=ui1=ui2
2.4电路理论的计算
输出方式
双端输出u0
单端输出u0
输入方式
双端ui1=-ui2=uid/2;单端ui1=uid，ui2=0
双端ui1=-ui2=uid/2;单端ui1=uid，ui2=0
典型电路形式
双端输入-双端输出；单端输入-双端输出
双端输入-单端输出；单端输入-单端输出
差模电压增益Aud
Aud=uo/uid=-（βRc）/rbe
Aud1=uo1/uid=-uo2/uid=-（βRc）/2rbe
共模电压增益Auc
Auc→0
Auc=-Rc/2r0
共模抑制比KCMR
KCMR→∞
KCMR1=（βro）/rbe
差模输入电阻Rid
Rid=2rbe
共模输入电阻Ric
Ric=1/2[rbe+（1+β）2ro]
输出电阻Ro
Ro=2Rc
Ro=Rc
高频响应
双端输入与共射极电路相同；单端输入从uo2输出，T1管是共射电路，T2管是共基电路，故T1、T2组成共射-共基电路，有效地提高了上线频率
用途
双端输入-双端输出
（1）用于输入、输出不需要一端接地时；
（2）常用于多级直接耦合放大电路的输入级和中间级。
单端输入-双端输出
将单端输入转换为双端输出。
常用于多级直接耦合放大电路的输入级
双端输入-单端输出
（3）将双端输入转换为单端输出，常用于多级直接耦合放大电路的输入级和中间级。
单端输入-单端输出
用在放大电路输入电路和输出电路均需有一端接地的电路中
静态工作点
第一级T1
第二级T2
电位
UB1
UEI
UC1
UB2
UE2
UC2
理论值
2.625v
1.925v
3v
2.625v
1.925v
3v
动态计算
差模信号
双端输入
单端输入
双端输出
Avd=323.45ro=30kri=3.71k
Avd=323.45ro=30kri=3.71k
单端输出
Avd=161.7ri=3.71kro=15k
Avd=161.7ri=3.71kro=15k
共模信号
双端输入
单端输入
双端输出
Avd→0ri=1216.8kro=30kKCMR→∞
Avd→0ri=1216.8kro=30kKCMR→∞
单端输出
Avd=-0.5ri=1216.8kro=15kKCMR=323.45
Avd=-0.5ri=1216.8kro=15kKCMR=323.45
2.5差动放大电路的作用
1.克服了偏置电平变化带来的影响，使得放大器的性能保持稳定。
2.使得输出信号的电压摆幅扩大了1倍。
3.提高了电路的线性度。
第三章
3.1EWB仿真软件的简介
定义
EWB软件由INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd（交互图像技术有限公司）推出，近几年开始在国内使用。
现在普遍使用的是在WIN95环境下工作的EWB5.0（在国内曾见过6.0的演示版，注：
EWB5.0也可以在WINDOWS3.1环境下使用，但需安装WING32工具）。
功能
相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的
混合仿真，但你绝对不可小瞧它，它的仿真功能十分强大，可以几乎100%地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，对于电子设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可。
3.2EWB仿真电路
差动放大电路
3.3仿真结果及其分析
静态工作点
第一级T1
第二级T2
电位
UB1
UE1
UC1
UB2
UE2
UC2
测量值
2.559v
1.938v
3.182v
2.559v
1.938v
3.182v
动态分析：
（蓝色输出，红色输入）
差模信号
双端输入-双端输出（单端输入-双端输出）
Aud=uo/2ui=50
双端输入-单端输出（单端输入-单端输出）
Aud=uo/2ui=25
共模信号
双端输入-双端输出（单端输入-双端输出）
双端输入-单端输出（单端输入-单端输出）
差动放大电路的通频带
60khz的电压值
1khz的输出电压
通频带的图形
第四章
设计小结
可见差动电路对共模信号有抑制作用。
像温度的变化活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。
电路中的电阻Rc起到了负反馈的作用，对稳定静态工作点起到了一定的作用。
当温度升高引起电流Ic升高，这时电流IE也升高，反映在电阻Re上的压降也升高，进而使三极管的电压uBE减小，是基极电流iB也减小，从而使集电极电流ic减小，稳定了工作点。
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。
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