差分放大电路仿真分析.docVIP

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，VAMPL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 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-:+))。 再次弹出Add Trace窗口，设置仿真输出变量为双端电压增益，表达式为：(V(OUT1)-V(OUT2))/(V(VS+:+)-V(Vs-:+))，结果如下图。 利用光标工具Cusor测得单端输出时的差模电压增益正好是双端输出时的一半。由于差分放大电路的两边完全对称，所以两个输出端输出的是幅度相同，相位相差180度的信号。图中可以测得两条曲线的上行截止频率相同。 对于双端输入的共模特性分析如下： 对电路图中信号源VS-的AC属性改为10mV，其它与信号源VS+一样，这样就相当于在两个输入端上加了相同的信号。分析类型仍然为交流扫描分析。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+:+)。 再次弹出Add Trace窗口，设置仿真输出变量为双端电压增益，表达式为：(V(OUT1)-V(OUT2))/V(VS+:+)，结果如下图。 双端输出的共模电压增益为零。在中低频段单端输出时的共模电压增益也很小。随着频率的增加，共模电压增益会急剧增加，增加到一定程度后不会再有剧烈的增减，但无论如何这个小于1。 4、单端输入时的基本特性 在差分放大电路中如果输入信号是通过在两个输入端加上大小相等、相位相反的信号，则称为双端输入，如果输入信号是从一端接入，而另一端输入信号为零，则称为单端输入。 修改电路图，双击电源VS-，将其AC、VOFF、VAMPL及FREQ属性均该为零。 选择PSpice | Markers | Voltage Level 功能选项或单击按钮分别在OUT1和OUT2各放置一个电压探针，再选择PSpice | Markers | Voltage Differential功能选项，观察两个节点之间的电压差，将正端放置在OUT1，负端放置在OUT2，结果如下图： 分析类型选择交流扫描分析AC Sweep。分析设置与前面的双端输入时分析差模电压增益时一样。 启动PSpice A/D仿真程序，输出曲线如下图： 图中可以看到三条曲线，使用工具Cusor 测得输出端OUT1和OUT2的输出电压均为503.286mV，双端输出电压正好是单端输出电压的两倍。 观察各种输出方式中各输出端输出的瞬态波形和相位关系。选择PSpice | New Simulation