标签: 差分放大

　　差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。Muhisim作为著名的电路设计与仿真软件，它不需要真实电路环境的介入，具有仿真速度快、精度高、准确、形象等优点。因此，Multisim被许多高校引入到电子电路实验的辅助教学中，形成虚拟实验和虚拟实验室。通过对实际电子电路的仿真分析，对于缩短设计周期、节省设计费用、提高设计质量具有重要意义。 　 　1 Multisim8软件的特点 　　Muhisim是加拿大IIT(Interactive Image Tech—nologies) 公司在EWB(Electronics Workbench)基础 上推出的电子电路仿真设计软件，Muhisim现有版本为Muhisim2001，Muhisim7和较新版本Muhisim8。它具有这样一些特点： (1)系统高度集成，界面直观，操作方便。将电路原理图的创建、电路的仿真分析和分析结果的输出都集成在一起。采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。操作方法简单易学。 　　(2)支持模拟电路、数字电路以及模拟／数字混合电路的设计仿真。既可以分别对模拟电子系统和数字电子系统进行仿真，也可以对数字电路和模拟电路混合在一起的电子系统进行仿真分析。 　　(3)电路分析手段完备，除了可以用多种常用测试仪表(如示波器、数字万用表、波特图仪等)对电路进行测试以外，还提供多种电路分析方法，包括静态工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析等。 　　(4)提供多种输入／输出接口，可以输入由PSpice 等其他电路仿真软件所创建的Spice网表文件，并自动形成相应的电路原理图，也可以把Muhisim环境下创建的电路原理图文件输出给Protel等常见的印刷电路软件PCB进行印刷电路设计。 　　 2  差分放大电路仿真分析 　　运行Muhisim 8，在绘图编辑器中选择信号源、直流电源、三极管、电阻，创建双端输入双端输出差分放大电路(双入双出差分放大电路)如图1所示，标出电路中的结点编号。 　　该次仿真中，采用虚拟直流电压源和虚拟晶体管，差分输入信号采用一对峰值为5 mV、频率为1 kHz的 虚拟正弦波信号源。设置虚拟晶体管的模型参数BF= 150，RR=300Ω。 　　 2．1 差模放大性能仿真分析 　　2．1．1 直流分析 　　直流分析实际上就是确定静态工作点。选择Sim-ulate菜单中的Analysis命令，然后选择Dc OperatingPoint子命令，分析结果如图2所示。 　　用静态工作点分析方法得VBEQ1=UBEQ2=O．69 V，UCEQ1=UCEQ2=V3一V2Δ8．94 V，与题中理论计算结果完全相同。 　　 2．1．2 差模放大倍数分析 　　加差模信号 ui1，ui2，分别接入电路的左右输入端，电阻R1作为输出负载，则电路的接法属于双入双出。将四通道示波器XSC1的3个通道分别接在信号源ui1和负载R1两端，如图1所示。运行并双击示波器图标XSC1，调整各通道显示比例，得差分放大电路的输入／输出波形如图3所示。 　　用示波器观察和测量输入电压和输出电压值，差模信号单边电压V1△一3．597 mV(5 mV／Div)，单边输出交流幅值约为170．124 mV(500 mV／Div)，所以双入双出差分放大电路的差模放大倍数AuΔ一170．124／3．597=一47，与单管共射的放大倍数相同，即差分放大电路对差模信号具有很强的放大能力。仿真结果与题中理论计算结果相同。 　　 2．2 共模抑制特性仿真分析 　　2．2．1 共模放大倍数分析 　　在图1中，将信号源ui2的方向反过来，即加上共模信号，运行并双击示波器图标XSC1，调整A，B通道显示比例，可得如图4所示波形。 　　由图4波形可知，在峰一峰14 mV(有效值为5 mV)的共模信号作用下，输出的峰值极小，峰一峰值为13 mV，因此单边共模放大倍数小于1。且uc1和uc2大小相等，极性相同。所以，在参数对称且双端输出时，共模放大倍数等于0，说明差分放大电路对共模信号具有很强的抑制能力。显然，仿真结果与理论分析结果一致。 　　 2．2．2 共模抑制比分析 　　选择Simulate菜单中的Analysis命令，然后选择Transient Analysis子命令，选择结点3，4作为输出，单击Simulate按钮；选择Simulate菜单中的后处理器Postprocessor子命令，在Expression列表框中编辑“V($4)一V($3)”，然后打开Graph选项卡，可画出差分放大电路共模输入双端输出波形，见图5。可见，波形属于噪声信号，且幅值极小，可忽略不计。因此，差分放大电路双端输出时，其共模抑制比KCNR趋于无穷大。如果再将图1所示的电路中发射极电阻R2改为恒流源，重复前面步骤，再分析共模特性，可得出结论：具有恒流源的差分放大电路的共模抑制比KCNR更高。 　　 3 结 语 　　应用Multisim8软件对差分放大电路进行仿真分析，结果表明仿真与理论分析和计算结果一致，应用Multisim进行虚拟电子技术实验可以十分方便快捷地获取实验数据，突破了在传统实验中硬件设备条件的限制，大大提高了实验的深度和广度。利用仿真可以使枯燥的电路变得有趣，复杂的波形变得形象生动，并且不受场地(可以在教室、宿舍)，不受时间(课内、课外)的限制，通过教师演示和学生动手设计、调试，不但可以使学生更好地掌握所学的知识，同时提高了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。

  ADL5565的 特点: ·6 GHz的3 dB带宽（V =6分贝）增益调节：6分贝，12分贝和15.5分贝 ·增益范围从0分贝至15.5分贝使用两个外部电阻器 ·差分或单端输入至差分输出 ·低噪声输入阶段：NF= 8.7 dB，在15.5 dB的增益 ·宽带低失真（AV= 6 dB的）   10MHz -107 DBC（HD2），DBC（HD3）   100MHz -DBC（HD2），-103 dBc（HD3）   200 MHz：-82 dBc（HD2的），-87 dBc（HD3）   500 MHz：-68 dBc（HD2的），-63 dBc（HD3） ·压摆率：11 V，/ NS ·2 ns的快速稳定和高速恢复 ·单电源供电：2.8 V至5.2 V ·采用高速XFCB3 SiGe工艺  ·ADC接口   ADL5565是一款高输出的线性放大器，ADC的接口进行了优化。有几个选项提供给设计师设计时使用。图40使用宽带1:1传输线的巴伦由两个40Ω并联电阻，以提供一个50Ω差分阻抗，并提供宽带匹配50 Ω信号源。   图40 ADL5565 是交流耦合的 AD9467 ，以避免共模直流负荷。 33 Ω电阻改善 ADL5565 和目前任何开关电流之间的模拟到数字，采样和保持电路的隔离。 AD9467 输入提出了一个 530 Ω差分负载阻抗和需要的 12V 至 2.5 V 差分输入摆幅达到满刻度（ VREF= 1 V 至 1.25 V 的）。该电路提供可变增益，隔离和源匹配的 AD9467 。 实现 89.2 dBc 的 SFDR （见图 37 ）。   图42 ADL5565 增益为 6 dB ， 87.5 dBc 的 SFDR 达到 100 兆赫 。 图44 优化 ADI 公司流行的 ADC ，如 AD9467 ，表 10 包括流行的中频采样频率的抗锯齿过滤器组件的建议。片上 ADC 的输入电容和部分由 C4 ，形成一个谐振电路的电容并联的电感 L5 。谐振有助于确保 ADC 的输入。 此外， AC 耦合电容器的传递函数引入额外的零点。最终的整体频率响应带通特性，藉以消除预期奈奎斯特区域以外的噪音。表 10 提供了初步的建议。可能需要一些经验的优化，帮助补偿实际的 PCB 寄生电感。   布局考虑 高 Q 值的电感式驱动器和负载， 以及杂散传输线组合封装寄生电容，有可能形成在高频谐振电路，产生过多的增益峰值或可能的振荡。如果用于射频传输线连接输入或输出，设计，这样，在输入 / 输出引脚的寄生电容最小。在许多电路板设计，信号走线的宽度应该是很小的，在驱动器 / 接收放大器的波长不超过八分之一。   图46 焊接信息 在芯片级封装的底面，有一个暴露的压缩桨。这桨内部连接到地面的芯片。焊接到PCB上的低阻抗接地平面桨，以确保指定的电气性能和提供热救灾。为了进一步降低热阻抗，它建议所有层上的地平面与孔缝在一起。 评估板 图44显示ADL5565 评估板的原理图。电路采用 3 V 至 5 V 范围的单电源供电。 10 μ F 和 0.1μF电容去耦电容为电源去耦。 表15评估板的各种配置选项。图45和图46显示的评估电路板的元件和电路方面的布局。   表15 实现最小增益（6分贝到200 Ω负载），输入 1 （ VIN1 和 VIP1 的），必须使用安装在 0 Ω电阻 R3 和 R4 ，离开 R5 和 R6 。 R1 和 R2 是 输入阻抗为33.2Ω。 通过安装在 R5 和 R6 0 Ω和离开 R3 和 R4 的开放。 R1 和 R2 必须为 50Ω输入阻抗为50Ω。 为最大增益（15.5分贝到200 Ω负载），两个输入驱动安装 0 Ω电阻 R3 ， R4 ， R5 和 R6 。 R1 和 R2是输入阻抗为50Ω。 平衡输入和输出接口转换为单端一双巴伦（的M / A-COM ETC1-1-13）。在巴伦T1 ，提供了一个 50 Ω单端至差分转换。巴伦， T2 和匹配元件的配置，提供约 11 dB 的插入损耗与 200Ω至50Ω阻抗变换。 作为一种替代，输入变压器，T1，可以更换以下的变压器，以提供一个低损耗平衡输入的ADL5565应用之一。   6 dB增益配置，T1型号为TC4-1W +   12分贝增益配置，T1型号为，TC2-1T +   15.5 dB的增益配置，Mini-Circuits公司的TC1.5-52T 使用这些替代变压器时，R1和R2 是敞开的。 0 Ω跳线取代 C1 和 C2 到 C12 ，并添加一个 0.1μF的电容。   通过设计 ADL5565 与目标 ADC 之间的一条狭窄的带通抗混叠滤波器， ADL5565 预期奈奎斯特区域外输出噪声可被衰减，有助于保持 ADC 的 SNR 。在一般情况下，信噪比提高了几个分贝时，包括合理的顺序抗混叠滤波器。在这个例子中，一个低损耗 1:1 输入变压器用来匹配一个 50 Ω不平衡源的 ADL5565 平衡输入，在输入的最小插入损耗。