差分放大器的设计

沈航北方科技学院

课程设计说明书课程名称模拟电子技术课程设计

教学部工学一部

专业测控技术与仪器

班级B841401

学号B84140117

学生姓名刘佳

指导教师徐锦丽

2010年6月

沈航北方科技学院

课程设计任务书

教学部工学一部专业测控技术与仪器

课程设计题目差分放大器的设计

班级B841401 学号B84140117 姓名刘佳

课程设计时间: 2010 年 6 月21日至2010 年7 月11日

课程设计的内容及要求：

（一）主要内容

设计一个具有恒流源的单端输入-单端输出差分放大器。要求如下

1. 负载电阻R L=20kΩ，输入差模输入电压u id=20mV；

2. 差模电压放大倍数A ud＞50，输入电阻R id＞10kΩ，共模抑制比

K CMR＞60 dB。

（二）基本要求

1. 根据技术指标制定实验方案；在选择器件时，应考虑成本。

2. 根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数；进行实验数据处理和分析。

3. 画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）；验证所设计的电路。

4. 用仿真软件仿真。

5. 按照要求撰写课程设计报告

（三）主要参考书

1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年

2. 戴伏生主编．基础电子电路设计与实践．[M]北京：国防工业出版社，2002年

3. 谭博学主编．集成电路原理与应用．[M]北京：电子工业出版社，2003年

4. 陈光明等主编．电子技术课程设计与综合实训．[M]北京：北京航空航天大学出版社，2007年

5. 谢自美主编．电子线路设计·实验·测试．[M]武汉：华中科技大学出版社，2006年

6. 华满清主编．电子技术实验与课程设计．[M]北京：机械工业出版社，2005年（四）评语

（五）成绩

指导教师年月日

负责教师年月日

摘要:本电路为差分放大电路，主要功能是将输入端输入的差模信号放大后在输出端输出。本电路主要由两个2n1711（分别为T1、T2）三极管构成对称链接的放大电路，其中两R c1、R c2为等值电阻，R l为负载电阻，起到一定保护电路的作用。V1为12v之流恒压电源，V2为20mv信号电压源。

关键词：差分放大器、差分放大器原理

目录

1、概述................................................................. - 1 -

2、方案设计............................................................. - 1 -

3、电路设计............................................................. - 1 -

3.1 电路静态分析.................................................... - 1 -

3.3 电路动态分析.................................................... - 1 -

3.2单端输入单端输出差模放大电路。................................... - 2 -

4、性能的测试........................................................... - 4 -

5、结论................................................................. - 6 -

6、性价比............................................................... - 6 -

7、课设体会及合理化建议................................................. - 6 - 附录I 总电路图........................................................ - 7 - 附录II 元器件清单..................................................... - 8 -

1、概述

本电路根据设计要求，完成将20mv 信号电压源输入信号经过由双三极管组成的差模放大电路放大，由一端输出放大后的信号的功能。

参照双端输入单端输出的差模电压增益与单端输入单端输出的差模电压增益相同的原理，将其中以输出端一起中一输入端接地处理构成电路。电路由双恒流源供电，两恒流源分别为+12v 与-12v ，其中-12v 一端采用双三极管连接成组值极大的电阻与电流源串联，从而构成组值极大的负极以抑制共模输入，使电路接近理想状态，此处也可采取接入极大阻值电阻方法达成，但考虑实际制造中刻蚀制作电阻成本，采用双三极管构造。另外需要说明的是电阻R2的做用是用于实践电路的非理想状态调平，在模拟电路中无实际作用。

2、方案设计

方案：

方案原理框图如图1所示。

图1 差模放大电路的原理框图

待放大的电压信号输入到由双12v 恒流源驱动的差分放大电路，在单端输出负载输出。

3、电路设计

3.1 电路静态分析

当电路处于静态时：u i =0，若电路完全对称，i c =0，V CE =V cc -I C R c +0.7v ，u o =0

3.3 电路动态分析

动态电路如图2，在电路完全对称的条件下：Ui

Uo A -

=Ud

，0?UC A

图2单输入单输出擦粉放大电路的动态电路

3.2单端输入单端输出差模放大电路。

为了达到共模抑制比较理想的效果本文首先采用在公共点e 接入以较大组织电阻R E 如 图3所示，但在实际计算中根据公式共模电压增益UC A 为：

UC 2r R A c -

= ⑴

图3设想接入大阻值电阻电路图

A uc 大于零，达不到接近理想的效果。故采用e 点接入反相恒流源代替较大阻值电阻，如图4所示电路图。

e

u o

u i

图4接入恒流源电路图

根据计算图3中A uc 无限接近0，符合要求，但考虑到实际操作中电路不可能自然达到理想的对称，所以本文将在公共点e 处接入一滑动变阻器R 2从而能够手动电路的对称如附录一所示电路图。

根据附录一电路图所示电路进行不同状态分析，确定各元件实际参数。 当电路静态时：I R=1.081mA ,I 0=1.075mA ，I R = I 01mA ，I C1= I C2= I 0/2=0.5mA 根据题设R id ＞10k Ω，动态输入电阻r be 、差么输入电阻R id 如下：

{}Ω=?++Ω=k 4.3mA

2/I 26mV

)

1(300mA 0be βr

R id =2(R B1+ r be )＞10k Ω,则R B1＞1.6k Ω

所以在两输入端分别串联一个1.7k Ω的定值电阻R B1和R B2。R id =10.2k Ω

在电路动态时共模电压增益UD A 为：

be

B1UD r R R A c +-=

β ⑵

本文将A UD 取为51，采用的三极管2N1711的β值为16.78，由此得出：R c 1.55k Ω

恒流电源部分：E

EE 0R

V 7.0R R V I I +--=

=取R 3= R 4=500Ω，则R 10.8k Ω，根据实际数据

纠正误差后 R=10k Ω。

e

图5电源电路原理图

驱动电源设计如图5，其中电流i 0为共模输入电流。

差分放大电路的输入与输出端，其中i s 为信号输入电流，i c1为两共模输入电流之一。 差模电压增益： 512id

C2

C1UD ≈=

+=

be

c r R V V V A β

共模电压增益：

20

UC ≈-

=r R A c （r 0>>R c ）

放大电路大主要参数有共模抑制比与静态工作点共模抑制比根据公式⑶接近于无穷大。所以共模抑制比CMR K 为：

UC

UD CMR lg

20A A K = ⑶

调整RP 1，使其满足V C1Q = V C2Q 并测量T 1、T 2基极和发射极对地 电压（V B1Q 、V E1Q 、V B2Q 、V E2Q ） V E1Q =V C1Q -V E1Q , V E2Q =V C2Q -V E2Q

计算T 1、T 2静态工作点： 集电极电压：

V C1Q = V C2Q = V CC –I C R C

= 4.3V

基极电压：

V B1Q = V B2Q =(Ic/ β)R B1=0V ，则 V E1Q = V E2Q ≈ –0.767V

4、性能的测试

本文性能测试采用Multisim 10进行仿真测试。 输出输入电压模拟测量值如图6、图7所示。

图6输出电压测量值

图7输入电压测量值

mv

20mv

图8输入端电压波形

输入端所输入的电压波形如图8，为正弦波形。

v

1v

t

图9输出端电压波形

输出端所输出的电压波形如图9，为正弦波形。

5、结论

在电路设计方面与元件利用方面本电路选择的较为廉价的三极管做恒流源，电路形式竟可能达到简单可靠的设计要求，电路图达到了标准化、规范化的要求。

在设计技术指标方面，通过模拟仿真本电路完全达到了任务书所要求的指标，并且在共模抑制比方面远远超出了题设所要求的60db达到了接近无穷。

6、性价比

本电路从本质上讲是利用双倍的原件达到共模抑制效果，性能和价格是不成正比的，但在实际应用中，缺少理想环境，无论是温度、灰尘、气压还是电路损耗都灰或多或少的生成共模信号，对电路产生干扰，可以看出共模信号的产生是不可避免的，因而大部分抑制共模信号的需求只能由本电路满足，实为无奈。当然随着技术的进步，更先进的差量放大技术会崛起，带来结构更简单，可靠性更高，耗材更少的查放元件。

7、课设体会及合理化建议

本次课设是我第一次系统的学习和使用仿真软件Multisim 10，本次课设相当于一个窗口让我一次认识到第设计电路可以是这么简单，方便，Multisim 10着的是一个非常有用的软件，有了它可以实现太多因现实条件限制而不能做的实验或者难以精确的得出结论的实验，只要有一台电脑Multisim 10可以让我们不受物理条件的限制模拟任何想得到想不到的情况，发自内心的说，这个软件不光是学习电子技术的必备工具而且是所有电子专业学生的大玩具！

参考文献

[1]．童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年

[2]．戴伏生主编．基础电子电路设计与实践．[M]北京：国防工业出版社，2002年

[3]．谭博学主编．集成电路原理与应用．[M]北京：电子工业出版社，2003年

[4]．陈光明等主编．电子技术课程设计与综合实训．[M]北京：北京航空航天大学出版社，2007年

[5]．谢自美主编．电子线路设计·实验·测试．[M]武汉：华中科技大学出版社，2006年

[6]．华满清主编．电子技术实验与课程设计．[M]北京：机械工业出版社，2005年

附录I 总电路图

附录II 元器件清单