在图7.4-1所示差放电路中,晶体管Q1和Q2的发射极通过开关S1与射极电阻R3和Q3构成的恒流源有选择的连接(通过敲击”K”键,选择连接点9或11),完成射极耦合差放和恒流源差放两种电路的转换.
1.4.1 射极耦合差放仿真分析
按图7.4-1搭建电路,选择晶体管Q1,Q2和Q3均为2N2222A,电流 放大系数为200。将开关S1和R3相连,构成射极偶合差放电路。
1. 静态分析。 选择分析菜单中的直流工作点分析项,获得电路静态分析结果。 2. 动态分析。
(1) 理论分析。
(2) 差模输入仿真测试分析。A。用示波器测量差模电压放大倍数,观察波形相位
关系。按单端输入方式(见图7.4-1)用仪器库的函数信号发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为10mV,频率为1kHz)。用示波器测得电路的两输出端输出电压波形。 B。 差模输入频率响应分析。选择分析菜单中的交流频率分析项(Analysis/AC Frequency Analysis)),在交流频率分析参数设置对话框中设定:扫描起始频率为1Hz,中指频率为10GHz,扫描形式为十进制
(3),纵向刻度为线性,节点2为输出点。 C。 差模输入传递函数分析。从EWB信号源库中选择直流电压源(并将其设置为0.001V),替代仪器库中的函数发生器,做差放电路的输入信号源,以满足进行传递函数分析时对输入源的要求。射极耦合电路进行差模输入传递函数分析时的电路连接方式如图7.4-5所示。分析方法同上。 D。 共模输入仿真分析。 按共模输入方式(见图7.4-8)用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号。用示波器测得电路的两输出端输出电压波形。
1.4.2 恒流源差放仿真分析
差放电路引入恒流源替代射极偏置电阻,对差动放大倍数没有影响,主要是为了进一步降低共模放大倍数,提高共模抑制比。因此,这里仅对恒流源差放的共模放大倍数进行仿真分析。对EWB主界面内所建图7.4-1所示电路,通过敲击“K”键,将Q1与Q2的射极通过开关S与节点11连接,使其成为恒流源差放电路。调整R6电阻,使恒流源差放的静态电流与射极耦合差放电路性同,便于两者进行比较。调整函数发生器,使输入正弦波VI的幅值为100,频率为1,输入信号以共模方式接入。示波器接输入电压,接输出电压。最终完成的恒流源差放电路共模放大倍数测试电路如图7.4-10所示。
分析方法同上。
可见引入恒流源后,差放电路的共模放大倍数大大降低,共模抑制比大大提高,加强了抑制零点漂移的能力。
1.5集成运算放大器
运算放大器的类型很多,电路也不尽相同,但在电路结构上有共同之处。一般可分为三部分,即差动输入级,电压放大中间级和输出级。
输入级一般是有晶体管或场效应管组成的差动式放大电路,利用差放电路的对称性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能,它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级主要作用是提高电压放大倍数,它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由射极跟随器或互补射极跟随器组成,主要作用是提高输出功率。
图7.5-1是在EWB主界面内搭建的一个简单的集成运算放大器,Q1,Q2组成差动式放大器,信号由双端输入,单端输出。 Q3,Q4组成复合管共射极放大电路,以提高整个电路的电压放大倍数。输出极由Q5,Q6组成的两极射极跟随器构成,不仅可以提高带负载能力,而且与R5配合,可使直流电位步步降低,实现输入信号电压Vi为零时,输出电压Vo=0。输入端Vi-运放的反相输入端,Vi+是同相输入端。
集成运放的仿真分析: 1. 静态分析
令输入信号电压为零(两输入端接地),选择分析菜单中的直流工作点分析项(Analysis/DC Operating Point),分析结果后,观察输出端Vo(节点19)直流电位是否为零?若不为零,则调整R5的阻值,使输出端电位为零。 3. 动态分析
(1) 传函数分析
将简单集成运放的同相和反相输入端分别接入信号源库中的直流电压源,并将其电压值设置为1mV,其连接方式如图7.5-3所示。
A 同相输入方式下的传递函数分析
选择分析菜单中的传递函数分析项(Analysis/Transfer Function Analysis),在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V4,分别设置输出端为节点15,10和19。每重设一次仿真按钮(Simulate),进行一次传递函数仿真分析。
B 反相输入方式下的传递函数分析
选择分析菜单中的传递函数分析相(Analysis/Transfer Function Analysis),在随后出现的传递函数分析设置对话框中设置输入源为V3,设置输出端为节点19。
(2) 工作电压波形测试。 A 反相输入方式波形测试。
按差模单端输入方式,将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦输入信号(VI的幅值为2mV,频率为1kHz)接在反相与同相端之间,并将同相输入端接地,其连接方式如图7.5-6所示。用示波器测得电路的反相输入端(V-)和输出端(Vo)电压波形。
B 同相输入方式波形测试。
按差模单端输入方式,将仪器库的函数发生器为电路提供的正弦输入信号(VI的幅值为2mV,频率为1kHz)接在同相与反相端之间,并将反相输入端接地。用示波器测得电路的同相输入端(V+)和输出端(Vo)电压波形。
对简单集成运放波形测试的结果与传递函数分析结果完全一致,通过示波器对输入,输出波形的观测,直观的反映出运放同相输入端和反相输入端与输出端之间的相位关系。
1.6功率放大电路
在电子电路中,人们对电压放大器的主要要求是使负载得到不失真的电压信号,其考核的主要指标是电压放大倍数,输入和输出电阻等,对输出功率基本没有较高要求。而功率放大器则不同,对它的主要要求是具有一定的不失真(或失真较小)的输出功率,通常是在大信号下工作,因此着重要解决好输出功率大,效率高和非线性失真之间的矛盾。以下分别对双电源和单电源互补对称功放电路进行仿真分析。
1.6.1双电源互补对称(OCL)功放电路