差分放大电路仿真02605
差分放大电路的分析与仿真
差分放大电路的分析与仿真摘要：差分放大电路是模拟电路学习中常用到的放大电路，其抑制零点飘移的良好电气特性，使它经常被用作多级放大电路的输入级。
本文通过对差分电路的静态及动态分析及仿真，让学生能够对差分放大电路有深入的了解。
关键词：零点漂移；差分放大；仿真分析中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）09-0246-011 引言当今世界之所以能称之为智能化的时代，是由于各种智能化的设备得到了普及，而这些智能化设备之所以能够智能化，离不开功能各异的各种传感器，而这些传感器所采集到的电信号一般都很微弱，同时这些微弱的电信号往往不是周期性的，所以对这些信号进行放大处理时，需要采用直接耦合放大电路进行放大，所谓直接耦合即输入信号引入放大电路及放大电路与其负载的连接都是靠导线直接连接，因此直接耦合连接方式有很好的低频特性同时又很容易做成集成电路。
直接耦合放大电路虽然有以上几大优势，但普通的直接耦合放大电路存在零点漂移现象，所谓“零点漂移”，就是当输入信号为零时面输入信号不为零。
差分放大电路是一种直接耦合放大电路，差分电路本身具有良好的电气对称性，使其对模性号有很强的抑制作用，所以能有效地抑制零点漂移现象的发生。
2 差分放大电路抑制温漂的原理分析零点漂移现象的产生，其原因有很多，但最为主要的原因还是晶体管受到外部温度变化所引起的静态工作点的波动，所以零点漂移也常被称为温度漂移，简称温漂。
那差分放大电路是如何做到抑制温漂的呢？图1所示电路为长尾差分放大电路，当两端的输入信号电压uI1=uI2=0时，也就是电路处于完全的直流分量控制静态状态，因为T1与T2管的电气特性完全相同，其外接电阻参数也都相同，那么就有集电极对地电位UCQ1=UCQ2的结果，所以静态时的输出电压UO=0。
如果外界温度升高了，ICQ1和ICQ2也会同时增大，而且其增大幅度完全相同，从而导致两个集电极电阻上的压降出现等值幅度的增大，进而使UCQ1和UCQ2同时等值幅度变小，所以输出UO=UCQ1CUCQ2=0保持不变。
7-差分放大电路仿真
实验七 差分放大电路仿真实验1、差分放大电路如图7-1所示。
（1） 仿真静态工作点、差模传输特性及双端输出的电压传输特性。
（2） 为扩大线性范围，给Q3、Q4管接发射极电阻Ω=100e R ，观察差模传输特性。
Q 1Q图7-12、电路如图7-2所示。
已知t v i 10002sin 121π=，t v i 10002sin 22π=。
通过仿真1o v 、2o v 及21o o v v -的波形，求出它们的幅度。
Vi2m=2m图7-23、非对称差分放大电路的电路图如图7-4所示。
（1） 研究静态工作点的变化。
（2） 研究差模输入信号为t v i 10002sin 51⨯=πmV ，t v i 10002sin 52⨯-=πmV 下，输出电压1o v 、2o v 的变化；共模输入信号为t v ic 10002sin 5⨯=πmV 下，输出信号1o v 、2o v 的变化。
图7-34、电路如图7-4所示，通过仿真求出差模电压增益、共模电压增益、共模抑制比并确定上限截止频率。
-10mQ1图7-45、差分放大电路如仿真题图7-5所示，Q 1和Q 2为参数完全一致的三极管，管子的型号为Q2N2222，管子参数按默认值。
运用PSpice 分析该电路。
(1) 输入频率为1kHz ，幅值为10mV 的正弦信号，绘出差模输入时，输出电压1o v 和2o v 的波形以及21o o o v v v -=的波形，并求出该电路的差模增益vd A 。
(2) 输入频率为1 kHz ，幅值为100mV 的正弦信号，绘出共模输入时，输出电压1o v 和2o v 的波形，并绘出21o o o v v v -=的波形。
图7-56、差分放大电路如图7-6所示，两个三极管均用2N2222型管，5021==ββ，其他参数按默认值。
试运用PSpice 分析该电路。
(1) 求电路静态工作点。
(2) 分别绘出021==e e R R 和Ω==30021e e R R 时的电压传输特性曲线。
基本差分放大电路详解
基本差分放大电路详解：
差分放大电路是一种电子电路，通过对两个相同型号的管子的共模输入信号进行放大，实现差分信号的放大。
这种电路广泛应用于各种电子设备和系统中，如通信、测量、计算机等。
差分放大电路由两个完全对称的共射放大电路组成，每个管子的参数完全一样，温度特性也完全相同。
这两个管子的集电极分别接在一起，并通过公共电阻Ree 进行供电。
这样做的目的是使两个管子的工作点相同，从而减小了零点漂移的影响。
差分放大电路的特点包括：
1.抑制零点漂移：由于电路的对称性，差分放大电路可以有效地抑制零点漂移，提高
了电路的稳定性。
2.差模信号放大：差分放大电路主要对差模信号进行放大，这种信号是由两个输入端
输入大小相等、极性相反的信号组成的。
3.抑制共模信号：差分放大电路对共模信号有抑制作用，共模信号是指大小相等、极
性相同的两个信号。
差分放大电路在直接耦合电路和测量电路的输入端中有着广泛的应用。
由于其具有对称性，可以有效地稳定静态工作点，同时具有抑制共模信号的作用。
在实践中，为了获得更好的性能，可以采用适当的负反馈和温度补偿措施。
差分放大电路仿真分析
差分放大电路仿真分析差分放大电路是集成运算放大器的主要单元电路之一，它具有很强的抑制零点漂移的能力。
作为集成运算放大器的输入级，差分放大电路几乎完全决定着集成运算放大器的差模输入特性、共模抑制特性、输入失调特性和噪声特性。
差分放大电路经由两个参数完全相同的晶体管组成，电路结构对称。
电路具有两个输入端和两个输出端，因此差分放大电路具有四种形式：单端输入单端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出以及双端输入双端输出。
实验内容：一、理想差分放大电路1、绘制电路图启动Capture CIS程序，新建工程，利用Capture CIS绘图软件，绘制如下的电路原理图。
双击正弦电压源VS+的图标，在弹出的窗口中设置AC为10mV，DC为0V，VOFF为0，V AMPL为10m，VFREQ1kHz。
VS-的设置除AC为-10mV 外，其余均与VS+同。
2、直流工作点分析选择Spice | New Simulation Profile功能选项或单击按钮，打开New Simulation对话框，在Name文本框中输入Bias，单击Create按钮，弹出Simulation Settings-Bias对话框，设置如下：保存设置，启动PSpice A/D仿真程序，调出PSpice A/D窗口，可以在PSpice A/D窗口中选择View | OutPut Filse功能菜单选项，查看输出文件。
在Capture CIS窗口中，单击I 、V按钮，此时电路图中显示电路的静态工作电压与电流值，如下图：3、双端输入是的基本特性上面的电路是双端输入的形式，可以利用上面的电路来分析双端输入时的电路特性。
将分析类型设为交流扫描分析AC Sweep。
选择PSpice | New SimulationProfile功能选项或单击按钮，打开New Simulation对话框，在Name文本框中输入AC，单击Create按钮，弹出Simulation Settings-AC对话框，设置如下：启动PSpice A/D仿真程序，显示空的PSpice A/D窗口，选择Trace | Add Trace命令，在Add Trace窗口中设置如下图，即观察单端输出时的电压增益：V(OUT1)/ (V(VS+:+)-V(Vs-:+))。
实验3差分放大电路设计实验
实验3差分放大电路设计实验
差动放大电路是一种常用的信号放大电路，它主要用于信号放大和抑制噪声。
在实验中，我们将设计和实现一个差动放大电路，使用差分放大器放大输入的差分信号，并进行差分信号放大电路的性能测试。
差动放大电路的设计和实现主要包括以下几个方面：电路设计、元器件选择、电路布局和绘制、电路组装和测试。
首先，我们需要根据实验要求设计一个差分放大电路。
差动放大器一般由两个共射放大器组成，每个共射放大器分别对应输入端的正相位和反相位。
其次，我们需要选择适合的元器件来实现差分放大电路。
在选择元器件时，需要考虑到放大器的增益、非线性失真和频率响应等性能要求。
然后，我们需要进行电路布局和绘制。
电路布局需要尽量减少电路元器件之间的干扰，保证信号的传输质量。
绘制电路图则有助于我们更好地理解电路的连接关系。
接下来，我们将进行电路组装。
在组装电路时，需要注意元器件的引脚顺序和连接的正确性，以及焊接的质量。
最后，我们将进行电路的测试。
测试的主要内容包括放大器的增益、频率响应、非线性失真和噪声等性能指标的测试。
测试结果将用于评估电路的性能和优化设计。
总的来说，差动放大电路设计实验是一个综合性较强的实验，需要我们熟悉差动放大器的原理和设计方法，并灵活运用电路知识进行设计和实施。
在实验中，我们可以通过调整电路参数和元器件的选取，优化差分放
大电路的性能，并对差分放大电路的性能进行评估和改进。
通过这个实验，我们能够更加深入地了解差分放大器的工作原理和应用，并提高我们的实
验技能和理论知识水平。
实验二、差分放大电路仿真实验
实验二、差分放大电路仿真实验一、实验目的：（1）通过使用Multisim来仿真电路，测试差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
（2）加深对差分放大电路工作原理的理解。
（3）通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。
二、计算机仿真实验内容：图1 仿真电路（1）利用仿真软件建立如图1所示的带恒流源的差分放大电路。
（2）请对该电路进行直流工作点分析。
表1差分电路静态工作点理论计算和实际测量值比较（3）请利用软件提供的电流表测出电流源提供给差放的静态工作电流。
（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入、输出电阻。
（5）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的单端出、双端输出差模电压放大倍数。
（6）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的共模输入、单端输出共模电压放大倍数。
（7）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。
（8）请利用温度扫描功能给出工作温度从25℃变化到100℃时，节点6的输出波形的变化，最大输出电压偏差以及变化比例。
三、实验报告要求：（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。
（2）请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时，电流表在电路中的接法，并说明电流表的各项参数设置。
（3）详细说明测量输入、输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。
（4）详细说明测量差模放大倍数的方法（操作步骤），并给出其值。
（5）详细说明测量共模放大倍数的方法（操作步骤），并给出其值。
（6）详细说明测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画出幅频、相频特性曲线。
（7）工作温度从25℃变化到100℃时，节点6的输出波形的变化，最大输出电压偏差以及变化率。
（8）请分析并总结仿真结论与体会。
四、思考题1、在信号源、负载等电路参数相同的情况下，普通放大电路如图2所示和差分放大电路的“温度漂移”特性对比。
图2 仿真电路2、将单端输出接法改为双端输出接法，电压放大倍数和共模抑制比的变化。
基于Multisim的差分放大电路基本形式仿真分析
图1 基本共射放大电路图3 差分放大电路的四种接法图2 对称式电路射放大电路，忽略基极电阻Rb的静态电压，则发射极电流：(1)其静态工作点基本稳定。
但是温度变化会使得集电极电流I CQ发生微小的变化，采用直接耦合的方式会进一步放大该变化，引起静态工作点的变化。
在输出位置构建有一个完全一样的镜面电路，如图所示，当输入信号U I1和U I2是大小相等、极性相同的共模信号时，电路参数一致，所以电流变化量和电(2)说明差分放大电路对共模信号起到了很强的抑制作用，理想情况下共模输出为零。
同理可得，当中Re既能抑制零点漂移也决定晶体管的静态工作点电流[1-4,7]。
2 差分放大电路四种接法根据输入输出方式的不同，将电路分成四种形式，具体电路见图3。
单端输出的差分放大电路在T1管的集电极连接了一个负载电阻RL然后直接接地，同时取消了T2管的接线端，具体电路如图3（b）所示。
单端输入的差分放大电路仅仅只有一个输入，另外一个输入口直接接地，具体电路如图3（b）所示[2]。
此时电路不再对称，静态工作点和其他动态参数也发生了改变，同时由于差分放大电路的放大能力只和输出形式有关，因此可将电路分成单端输出和双端输出两大类进行分析。
类比基本差分放大电路的分析，可以得出单端输出和双端输出的差分放大电路的部分特性如下：单端输出时，差模电压放大倍数Aud、共模电压放大倍数A uc和输出电阻Ro为(3)(4)(5)双端输出时，差模电压放大倍数A ud、共模电压放大倍数A uc和输出电阻R o为[1,2,6](6)图4 双端输入、双端输出差分放大电路仿真电路(7)(8)3 差分放大电路仿真分析(11)接入函数信号发生器，输入信号设置为振幅10mV ，频率2 kHz ，相位相反的正弦波，链接到管的基极端口如图4(b)所示，测得晶体管基极之间的交流有效电压U =14.142mV ，输出端的交流有 (15)接入函数信号发生器，输入信号设置为振幅10mV ，频率2kHz ，相位相反的正弦波，连接方式如图5(b)所示。
实验七 差分放大电路仿真与设计
实验七差分放大电路设计与仿真一、实验目的1、设计差分放大电路，其中T1和T2是对管；2、分析差分放大电路中的元件参数对其静态工作点、放大电路主要性能指标的影响；二、实验内容1、差分放大电路设计及仿真；2、滑动Rw抽头分别在中点、最右端点，分别仿真求电路的动态Au、通频带参数；四、实验要求1、设计差分放大电路并仿真；2、滑动Rw抽头分别在中点、最右端点，分别仿真给出结果，Au=？3、滑动Rw抽头，获取最大Au值，仿真波形并记录；三、实验原理1、最简单的差分放大电路如图所示由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。
在该电路中，晶体管T1、T2型号一样、特性相同，RB1为输入回路限流电阻，RB2为基极偏流电阻，RC为集电极负载电阻。
输入信号电压由两管的基极输入，输出电压从两管的集电极之间提取(也称双端输出)，由于电路的对称性，在理想情况下，它们的静态工作点必然一一对应相等。
2．抑制零点漂移在输入电压为零， ui1 = ui2 = 0 的情况下，由于电路对称，存在IC1 = IC2，所以两管的集电极电位相等，即 UC1 = UC2，故uo = UC1 - UC2 = 0。
当温度升高引起三极管集电极电流增加时，由于电路对称，存在，导致两管集电极电位的下降量必然相等，即所以输出电压仍为零，即。
由以上分析可知，在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。
抑制零点漂移是差动放大电路最突出的优点。
但必须注意，在这种最简单的差动放大电路中，每个管子的漂移仍然存在。
3．动态分析差动放大电路的信号输入有共模输入、差模输入、比较输入三种类型，输出方式有单端输出、双端输出两种。
(1)共模输入。
在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，即，这种输入方式称为共模输入。
大小相等、极性相同的信号为共模信号。
很显然，由于电路的对称性，在共模输入信号的作用下，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。
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苏州市职业大学实验报告姓名：学号：班级：
二、选好元器后，将所有元器件连接绘制成仿真电路（见图 1）
R3 6.8k Q
三、仿真分析
1.静态工作点分析
1）调零。
信号源先不接入回路中，将输入端对地短接，用万用表测量两个输出
节点，调节三极管的射极电位，使万用表的示数相同，即调整电路使左右完 全对称。
测量电路及结果如图2所示
2）静态工作点调试。
零点调好以后，可以用万用表测量 Q1、Q2管各电极电位,
结果如图 3 所示，测得 I B 1 15 A , I C 1 1.089mA , U CE 5.303V 。
2.测量差模放大倍数
将函数信号发生器XFG1的“ +”端接放大电路的R1输入端，“一”端接R2输入 端，COM 端接地。
调节信号频率为1kHz ,输入电压10mV 调入双踪示波器，分别 接输入输出，如图4所示，观祭波形变化，示波器观祭到的差分放大电路输入、 输出波形如图5所示
R4 6.8k Q
R1 ■ 酉
2 »R6
>510 Q
<3 -------
Q1
R8 12k Q
12 V
双端输入、 100Q Key=A
丄V2 -—
12 V
11
R5 5.1k
10
双端输出的长尾式差分放大电路
8
Q
■ 4
Q2
2N3903
R2 AAAr-| 2k Q
7
50%
Rp1
4.607 V
H-、4 -Q *: LR3
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图2差分放大器电路调零
10
U1
DC 1e-009 W
12
、R3
■6.8k Q
R8
R4 6.8k Q V1 :—J2 V
Q2
U3
1 DC 1e-009 W 12k
Q
LR6 ■
■■510 Q
4
3
Q1
U2
R1
2k
Q
2N3903
DC 10M
2
50%
6 R2
■ --------- WX T -I 2N3903 2k Q
100Q Key=A
11 Rp1
V2 12 V
R5 5.1k Q
10
图3差分放大器电路静态工作点测量
XFG1
XSC1
Ext Trig
A
B
Q
k
3
8
R &R4 6.8k Q
R1 Wv 2k Q
R8 3
-
12k Q
4
—1-V1 —12 V
R6 510|?
R7吉 510Q
Q1
2N3903
7
2k Q
2N3903
Q2
6
R2 50%
V2 12 V
100Q Key=A
Rp1 11 12 R5 5.1k Q
图4测量差模电压放大倍数
册 Osciiloscope-XSCi.
氏
图5差模输入差分放大电路输入、输出波形图
3.测量共模放大倍数
将函数信号发生器XFG1的“ +”端接放大电路的共同输入端，COM 接地，构成共 模输入方式，如图6所示。
在输出负载端用万用表测量输出电压值，打开仿真开 关，测得
R8两端输出电压值为1.038pV ,几乎为0,所以共模双端输出放大倍数 也就近似为0。
示波器观察到的差分放大电路输入、输出波形如图 7所示。
XSC1
“ JIT
5
:：R1 ：
--WV
R3 - I G.BkQ '
RS
V1 12V
R7 510D
Key=A
：
V2 12V
图6共模输入、双端输出电压放大倍数测量
& Oscilloscope-XSCl
J »图7共模输入差分放大电路输入、输出波形
5
图8单端输出差分放大电路
停Oscilloscope-XSCl Array
图9单端输出差分放大电路波形图
总结
通过这次实验仿真，对Multisim 仿真软件的了解，在实践过程中也不断地积累了经验，能够独立完成电路的连接，并且能够熟练使用仪表元件进行测试。
通过仿真实验可以看到，差分放大电路只放大差模信号，对共模信号有很强的抑制作用。
这次仿真加深了对差分放大器性能及特点的理解，它利用电路参数的对称性和发射极
电阻的负反馈作用，有效地抑制零点漂移。