实验十、差分放大电路参数对静态和动态的影响

news2024/9/26 1:16:19

一、题目

利用Multism研究图1所示差分放大电路在下列情况下对电路静态和动态的影响
（1）两个 $R_c$ 阻值相差 5%；
（2） $R_w$ 不在中点；
（3）两个差分管的电流放大倍数不相等。在这里插入图片描述 $图1\,差分放大电路$

二、仿真电路

在Multism环境下搭建图1所示电路，如图2所示。为了便于调解晶体管参数，采用虚拟晶体管， $Q_1$ 为 $T_1$ ， $Q_2$ 为 $T_2$ ， $\beta=150$ 。 $R_1$ 和 $R_2$ 分别为 $T_1$ 管和 $T_2$ 管的集电极电阻，电位器用两个电阻 $R_3$ 和 $R_4$ 模拟。
在Multism 环境下，可以采用仪器仪表测量的方法得到题目问题的结论，也可采用其分析功能得到答案，这里采用的是分析功能。在这里插入图片描述 $图2\,\textrm{Multism}搭建的差分放大电路$

三、仿真内容

（1）利用 Multism 的“静态工作点分析”（DC Operating point）可得到理想对称、 $R_c$ 阻值相差 5%、 $R_w$ 不在中点和两个差分管电流放大倍数不等时的静态工作点，静态工作点分析的设置如图3所示，图4(a)~(d)是不同参数下的静态值。图中1是 $Q_1$ 的集电极，2是 $Q_2$ 的集电极；3是 $Q_1$ 的发射极，5是 $Q_2$ 的发射极；4是 $R_3$ 、 $R_4$ 和 $R_5$ 的连接点。 $Q$ 点的总结如表1所示。
在这里插入图片描述 $图3\,静态工作点分析的设置$

(a) 理想对称时的Q点	(b) $R_1=10\,\textrm kΩ$ 、 $R_2=10.5\,\textrm kΩ$ 时的Q点
( $c$ ) $R_3=49\,Ω$ 、 $R_4=51\,Ω$ 时的Q点	(d) $\beta_1=150$ 、 $\beta_2=140$ 时的Q点

$图4\,不同参数时的Q点$

(2) 利用 Multism 的“传递函数分析”（Transfer Function）可获得电路在差模信号作用下的电压放大倍数、输入电阻（阻抗）和输出电阻（阻抗），传递函数分析设置如图5所示，图6为分析结果，图中左列以V1为输入，Q1的集电极为输出，右列以V2为输入，Q2的集电极为输出。
在这里插入图片描述 $(a)\,左列传递函数的设置$ $(b)\,右列传递函数的设置$ $图5\,传递函数分析设置$

$\,理想对称时$

$\,R_1=10\,\textrm kΩ、R_2=10.5\,\textrm kΩ$

$\,R_3=49\,\textrm Ω、R_4=51\,\textrm Ω$

$\,\beta_1=150、\beta_2=140$ $图6\,传递函数分析$
（3）求共模放大倍数，测试电路如图7所示，分别可得到 $R_c$ 阻值相差5%， $R_w$ 不在中点和两个差分管电流放大倍数不等时的共模放大倍数，输出信号为Channel A - Channel B。
在这里插入图片描述 $图7\,共模放大倍数测试电路$

四、仿真结果

（1）整理图4的结果得如下表1：
$表1\,Q点总结$

$R_1$ 、 $R_2$ /kΩ	$R_3$ 、 $R_4$ /Ω	$\beta_1$ 、 $\beta_2$	$I_{CQ1}$ 、 $I_{CQ2}$ /μA	$I_{BQ1}$ 、 $I_{BQ2}$ /μA	$U_{BEQ1}$ 、 $U_{BEQ2}$ /V	$U_{CEQ1}$ 、 $U_{CEQ2}$ /V
10、10	50、50	150、150	508.154、508.154	3.388、3.388	0.75670、0.75670	7.675、7.675
10、10.5	50、50	150、150	508.154、508.154	3.388、3.388	0.75670、0.75670	7.675、7.421
10、10	49、51	150、150	513.208、503.102	3.421、3.354	0.75696、0.75644	7.624、7.725
10、10	50、50	150、140	508.094、507.975	3.387、3.628	0.75670、0.75669	7.676、7.677

结论： 由上表可知， $R_c$ 阻值不同使得两只差分管的管压降不同，而不影响基极和集电极电流； $R_w$ 不在中点和 $\beta_1\neq\beta_2$ 将使两只差分管的发射结电压不同，基极和集电极电流也就不同，从而管压降不同。
（2）整理图6的仿真数据，并根据共模放大倍数的测试，可以得到如表2所示结果。
$表2\,动态参数测试结果$

$R_1$ 、 $R_2$ /kΩ	$R_3$ 、 $R_4$ /Ω	$\beta_1$ 、 $\beta_2$	$A_d$	$R_i$ /kΩ	$R_{o}$ /kΩ	$A_c$
10、10	50、50	150、150	-99.748	60.152	20	0
10、10.5	50、50	150、150	-102.241	60.152	20.5	-0.0481
10、10	49、51	150、150	-99.743	60.154	20	0.0283
10、10	50、50	150、140	-99.724	58.160	20	0.0007