电子系统仿真实验 实验报告

大连理工大学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1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1T、2T对管是差分放大管，3T、4T对管组成镜像电流源作为1T、2T的有源负载，5T、6T对管，R，e6R和5eR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。R4.7kΩRe651ΩRe5100ΩT12N3904T62N3904T52N3904T22N3904T32N3906T42N3906VCC6VVEE-6VIREF↓ic1↓ic3↓↓ic4↓ic2io→vo2+-vi2=-1/2vidc2e↓IC5=IOIE5↓IE6↓↓IC6+-vi1=+1/2vid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，1iv20iv，由CCV、EEV、R、6T和6eR决定电路的基准电流REFI，即：666+=CCEEBEEREFEVVVIIRR2电路的电流源电流：6565eEEOeRIIIR故该电路又称比例电流源电路。差分电路的静态偏置电流12345/2/2CCCCCOIIIIII，此时输出电流42i0OCCII，没有信号电流输出。②当加入信号电压idv时，12/2iiidvvv，1T电流增加、2T电流减小，即12ccii，流入电流源的电流不变（即OI不变），0ev，故交流通路如图2所示，图中画出的电流为信号电流，31ccii，43ccii，21ccii。所以输出电流42111()2Occccciiiiii。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。T12N3904T22N3904T32N3906T42N3906↓ic4↓ic2vo2+-vi2=-1/2vidc2+-vi1=+1/2vidic1=βib1↓ic3=βib3↓e2e4ib3ib4→←2ib3↓图2有源负载差分式放大电路交流通路三、主要仪器和设备名称型号主要性能参数电子计算机惠普G4-2022TX操作系统Windows7旗舰版64位SP1(DirectX11)处理器：IntelCorei5-2450MCPU@2.50GHz电路分析软件Multisim12.0提供多种电路分析方法及虚拟仪器设备表1主要仪器和设备3四、实验步骤及操作方法1、实验电路原理图R4.7kΩRe651ΩRe5100ΩT12N3904T62N3904T52N3904T22N3904T32N3906T42N3906VCC6VVEE-6VV150uVrms100Hz0°in1V250uVrms100Hz0°XSC1ABExtTrig++__+_in2outec1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ComponentGroupFamilyValueRBasicResistor4.7KΩ5eRBasicResistor100Ω6eRBasicResistor51Ω1T、2T、5T、6TTransistorBJT_NPN2N39043T、4TTransistorBJT_PNP2N39061V、2VSourcePower_Source50µVCCVSourcePower_Source6VEEVSourcePower_Source-6V表2元器件43、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5根据分析结果，得：基准电流REFI=2.38mA（即()IR），偏置电流5CI=1.37mA（即@qt5[ic]），1CI=0.677（即@qt1[ic]），2CI=0.675（即@qt2[ic]），1CEV=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6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=579547.4+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。7④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8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9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。10⑥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11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REFI=2.38mA（即()IR），偏置电流5CI=1.37mA（即@qt5[ic]），1CI=0.677（即@qt1[ic]），2CI=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REFI=2.38mA，偏置电流5CI=1.37mA，1CI=0.676mA，2CI=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。