电子系统仿真实验 实验报告

本科实验报告

    课程名称：    电子系统仿真实验    

    学院（系）：  信息与通信工程学院   

    专    业：电子信息工程（英语强化）

    班    级：       电英1201班       

    学    号：                         

    学生姓名：                        

2014  年  12  月  5  日

带有源负载的射极耦合差分式放大电路

一、实验目的和要求

1、实验目的

利用模拟电子线路和电子系统仿真实验课程上学习到的相关知识，使用Multisim仿真设计软件设计一个差分式放大电路，并进行仿真和分析。

2、实验要求

1供电电源：±6V直流电源；

2系统电压增益：547.4±50；

3带宽：320±10KHz；

二、实验原理和内容

1、电路组成

电路如下图1所示，其中、对管是差分放大管，、对管组成镜像电流源作为、的有源负载，、对管，，和构成电流源为电路提供稳定的静态电流。该电路是双入—单出差分式放大电路。

图1 带有源负载的射极耦合差分式放大电路

2、工作原理

① 静态时，，由、、、和决定电路的基准电流，即：

电路的电流源电流：

故该电路又称比例电流源电路。差分电路的静态偏置电流，此时输出电流，没有信号电流输出。

② 当加入信号电压时，，电流增加、电流减小，即，流入电流源的电流不变（即不变），，故交流通路如图2所示，图中画出的电流为信号电流，，，。所以输出电流。由图可见，带有源负载差分放大电路的输出电流是基本单端输出差放的两倍。

图2 有源负载差分式放大电路交流通路

三、主要仪器和设备

四、实验步骤及操作方法

1、实验电路原理图

图3 带有源负载的射极耦合差分式放大电路原理图

2、元器件表

3、仿真与分析

① 静态工作点测试

静态工作点分析的设置和结果如图4、5所示：

图4 静态工作点分析输出设置

图5 静态工作点测试结果

根据分析结果，得：

基准电流=2.38mA（即），偏置电流=1.37mA（即@qt5[ic]），=0.677（即@qt1[ic]），=0.675（即@qt2[ic]），V(c1)-V(out)， Vce2=V(out)-V(e)=5.14-(-0.65)V=5.79V，与理论计算在误差允许的范围内相符，说明了电路设置了合适的静态工作点，可以进行正常的放大。

② 电压增益测试

使用瞬态分析的方法，仿真电路中输入、输出的波形。瞬态分析的设置和结果如图6、7、8所示：

图6 瞬态分析参数设置

图7 瞬态分析输出设置

图8 瞬态分析输出波形

观察输出波形得，输入电压的幅度为70.71µV*2=141.42µV，输出电压的最大值为5.22V，最小值为5.05V。所以输出电压的振幅为(5.22-5.05)/2V=85mV，所以系统电压增益为Av=85mV/141.42µV=579<547.4+50，满足设计要求。

③ 测试幅频特性

    使用交流分析的方法，测试系统的幅频特性。交流分析的设置及结果如图9、10所示：

图9 交流分析频率设置

图10 交流分析输出波形

    观察输出波形得，输出电压的增益最大值为61.32dB，截止频率为320.25KHz，对应的增益为58.32dB。所以通频带为0Hz~320.25KHz，故带宽为320.25KHz，符合设计要求。

④ 测试系统的噪声

    使用噪声分析的方法，测试系统的噪声。测试使用的设置及结果如图11、12、13、14所示：

图11 噪声分析参数设置

图12 噪声分析频率设置

图13 噪声分析输出设置

图14 噪声分析输出波形

    由输出波形可知，最大噪声功率谱密度为6.43*10^（-19）V^2/Hz，远远小于输出功率，可以认为噪声对输出不产生影响，可以忽略。

⑤ 测试直流电源对输出的影响

    使用直流扫描的分析，测试直流电源对输出的影响。测试使用的设置及结果如图15、16、17所示：

图15 直流扫描参数设置

图16 直流扫描输出设置

图17 直流扫描输出波形

    根据直流扫描输出波形可知，直流电源的电压对输出产生线性的影响。

⑥ 测试系统的失真

    使用失真分析的方法，测试系统的三次谐波失真。测试使用的设置及结果如图18、19、20所示：

图18 失真分析参数设置

图19 失真分析输出设置

图20 失真分析输出波形

    根据输出波形可知，三次谐波失真最大值为35.92pV。与输出电压相比，三次谐波失真远远小于输出电压，可以忽略。

五、实验结果与分析

    根据上述分析，系统电压增益为579，与理论计算的系统电压增益547在误差允许的范围内相符。

    测试出的基准电流=2.38mA（即），偏置电流=1.37mA（即@qt5[ic]），=0.677（即@qt1[ic]），=0.675（即@qt2[ic]），Vce1=V(c1)-V(out)= 5.03-(-0.65)V=5.68V， Vce2=V(out)-V(e)=5.14-(-0.65)V=5.79V。与理论的基准电流=2.38mA，偏置电流=1.37mA，=0.676mA，=0.674mA，电压Vce1=5.96V，Vce2=5.65V在误差允许的范围内相符。

    所以设计符合要求。