技術(shù)文章
摘 要：用電路分析的方法對(duì)差分放大電路單端輸入信號(hào)的射極耦合傳輸及等效變換進(jìn)行了深入研究，目的是探索單端輸入差分放大電路中輸入信號(hào)的作用過(guò)程。羞分放大電路的單端輸入信號(hào)，經(jīng)差分管的發(fā)射極耦合傳輸，在輸入回路可等效變換為差模輸入信號(hào)、共模輸入信號(hào)的疊加，且等效變換時(shí)與發(fā)射極電阻Re取值大小無(wú)關(guān)，Re取值大小反映了對(duì)其模輸入信號(hào)的抑制程度。所述方法的創(chuàng)新點(diǎn)是給出了單端輸入信號(hào)在輸入回路作用下的物理過(guò)程，完善了單端輸入信號(hào)的等效變換方法。 0引言 圖1所示為典型長(zhǎng)尾式單端輸入差分放大電路，利用電路分析的方法將單端輸人信號(hào)線等效變換成差模輸入信號(hào)、共模輸入信號(hào)的疊加，可深入理解輸入信號(hào)線經(jīng)發(fā)射極耦合傳輸、等效變換的過(guò)程。 以下分析，假設(shè)電路中對(duì)稱(chēng)元件的參數(shù)相同。 圖1 長(zhǎng)尾式單端輸入差分放大電路 1 單端輸入信號(hào)發(fā)射極耦合傳輸及分解 圖1所示電路，輸人信號(hào)線經(jīng)ui經(jīng)T1的發(fā)射極耦合傳輸?shù)絋2的發(fā)射極，輸人回路的微變等效電路如圖2所示。其中： rbc為晶體管的輸人電阻；β為晶體管的電流放大系數(shù)。 圖2 單端輸入差分放大電路輸入回路的微變等效電路 在圖2中所設(shè)定的ui參考極性下，輸人回路所產(chǎn)生的各處電流、電壓是ib1為T(mén)1的基極電流，ie1為 T1的發(fā)射極電流，；ib2為T(mén)2 的基極電流；ie2為T(mén)2的發(fā)射極電流，；ie為發(fā)射極電阻Re中的電流；ue為發(fā)射極電位。 由圖2及KCL有： 變換式（1）有： 由圖2及式（2），輸入信號(hào)ui可表示為： 變換式（3）： 由圖2及式（2），式（4），發(fā)射極電位ue可表示為： 由圖1及圖2，ui作用下所產(chǎn)生的左邊輸入端和發(fā)射極之間
差分放大電路利用電路參數(shù)的對(duì)稱(chēng)性和負(fù)反饋?zhàn)饔茫行У胤€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，以放大差模信號(hào)抑制共模信號(hào)為顯著特征，廣泛應(yīng)用于直接耦合電路和測(cè)量電路的輸入級(jí)。但是差分放大電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分析繁瑣，特別是其對(duì)差模輸入和共模輸入信號(hào)有不同的分析方法，難以理解，因而一直是模擬電子技術(shù)中的難點(diǎn)。Muhisim作為著名的電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，它不需要真實(shí)電路環(huán)境的介入，具有仿真速度快、精度高、準(zhǔn)確、形象等優(yōu)點(diǎn)。因此，Multisim被許多高校引入到電子電路實(shí)驗(yàn)的輔助教學(xué)中，形成虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)對(duì)實(shí)際電子電路的仿真分析，對(duì)于縮短設(shè)計(jì)周期、節(jié)省設(shè)計(jì)費(fèi)用、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義。 1 Multisim8軟件的特點(diǎn) Muhisim是加拿大IIT(Interactive Image Tech—nologies) 公司在EWB(Electronics Workbench)基礎(chǔ) 上推出的電子電路仿真設(shè)計(jì)軟件，Muhisim現(xiàn)有版本為Muhisim2001，Muhisim7和較新版本Muhisim8。它具有這樣一些特點(diǎn)： (1)系統(tǒng)高度集成，界面直觀，操作方便。將電路原理圖的創(chuàng)建、電路的仿真分析和分析結(jié)果的輸出都集成在一起。采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕上選取。操作方法簡(jiǎn)單易學(xué)。 (2)支持模擬電路、數(shù)字電路以及模擬／數(shù)字混合電路的設(shè)計(jì)仿真。既可以分別對(duì)模擬電子系統(tǒng)和數(shù)字電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真，也可以對(duì)數(shù)字電路和模擬電路混合在一起的電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。 (3)電路分析手段完備，除了可以用多種常用測(cè)試儀表(如示波器、數(shù)
摘要： 簡(jiǎn)述一種典型的差分輸入差分輸出放大電路的設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試方法， 討論其設(shè)計(jì)原理及需要解決的問(wèn)題。重點(diǎn)講述差分濾波器的設(shè)計(jì)和計(jì)算， 指出與單端放大電路在設(shè)計(jì)和測(cè)試中的不同之處，并結(jié)合實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，就直流信號(hào)和交流信號(hào)的測(cè)試分別給出了一種簡(jiǎn)易案例。 與普通單端放大器相比， 差分放大器可以有效抑制輸入信號(hào)中的共模噪聲和地線電平電壓浮動(dòng)對(duì)電路的影響， 因此， 在工業(yè)應(yīng)用中廣受青睞。差分放大器中以?xún)x表放大器應(yīng)用最為廣泛。隨著技術(shù)的發(fā)展， 支持差分輸入的ADC、MCU 越來(lái)越多， 由于差分傳輸能更好地抑制共模干擾， 信號(hào)傳輸距離更遠(yuǎn)， 越來(lái)越多的場(chǎng)合將使用差分傳輸。但是， 一般的儀表放大器僅支持單端輸出。 因此， 采用雙運(yùn)放搭建了一種差分輸入差分輸出放大電路。與普通的單端放大電路相比， 差分放大電路在設(shè)計(jì)、分析、仿真和測(cè)試中有許多不同之處， 而這些知識(shí)在一般的模擬電路教材中很少介紹。 1 差分放大電路設(shè)計(jì) 根據(jù)被放大信號(hào)的不同, 可以將差分放大電路分成兩種。一種是直流耦合差分放大電路， 其輸入端沒(méi)有隔直電容， 可以同時(shí)放大直流和交流信號(hào)， 如圖1 所示。另一種是交流耦合差分放大電路，其輸入端有隔直電容，用來(lái)隔離直流分量，放大信號(hào)中的交流成分，如圖2 所示。 1.1 直流耦合差分放大電路 直流耦合差分放大電路由差分比例放大電路、差分濾波器、保護(hù)器件和補(bǔ)償電阻四部分組成。其輸入-輸出關(guān)系為： 當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí), 電容C1、C2、C3 的容抗很大， 差分放大電路的輸入阻抗很高， 若運(yùn)放工作在線性放大區(qū)， 則根據(jù)虛短和虛斷定理， 可得: 將式(3) 、式(4) 代入式(1) 和
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：INA105 如圖所示為精密差分放大電路，V0=V1=V2，增益誤差=0．005％，CMR=100dB，非線性=0．0002％。
本文所應(yīng)用到的相關(guān)器件資料：OPA660 BUF601 如圖所示為由OPA660與緩沖放大器BUF601構(gòu)成的400MHz差分放大電路。差分信號(hào)電壓VI、-VI分別經(jīng)過(guò)150Ω電阻和51Ω匹配電阻加到OPA660內(nèi)部OTA的3腳和+1放大器輸入端5腳，由+1放大器6腳輸出到OTA的2腳，差分放大后由OPA660輸出端8腳送到緩沖放大器BUF600，經(jīng)過(guò)緩沖放大器BUF601緩沖后輸出。