楊一軍， 陳得寶， 曲惠勤， 張 勇

（1.淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北235000；2.合肥師范學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部，安徽 合肥230061）

1 引言

差分－共集電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路是一類優(yōu)良的互阻放大器，其輸入電阻低，輸出電阻高，適用于高內(nèi)阻信號(hào)源，大電阻負(fù)載場(chǎng)合。直接耦合方式下差分電路的突出優(yōu)點(diǎn)是抑制共模信號(hào)。近年來差分－共射、差分－運(yùn)放負(fù)反饋放大電路屢見報(bào)道，引起人們的關(guān)注［1，2］，然而差分－共集電路結(jié)構(gòu)尚未見到。本文設(shè)計(jì)了直接耦合方式下的差分－共集電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，以直流差分信號(hào)作為輸入變化量，以單端輸入、輸出方式在EWB環(huán)境下對(duì)電路仿真，按定義得到開、閉環(huán)互阻增益，其滿足反饋放大器中的基本關(guān)系式。理論計(jì)算的開環(huán)采用先求電壓增益，再轉(zhuǎn)換為互阻增益的方法；閉環(huán)則采用微變等效電路。結(jié)果表明，仿真與理論計(jì)算一致。

圖1 差分－共集電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

2 仿真

2.1 電路

由差分放大器和共集放大器級(jí)聯(lián)組合而成的直接耦合多級(jí)放大電路如圖1所示。判斷可知，當(dāng)S鍵位于M處，構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器；位于N處，是考慮反饋網(wǎng)絡(luò)后的基本放大器。

2.2 仿真

啟動(dòng)仿真軟件EWB，設(shè)置三極管β＝100。通過S鍵在開環(huán)和閉環(huán)間切換；雙擊電流源對(duì)其輸出量設(shè)置可實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)輸入；記錄兩次輸出電壓再做它們的差，能完成差分信號(hào)的輸出測(cè)量。用II、IIF表示開環(huán)和閉環(huán)下的輸入電流，用VO、VOF表示開環(huán)和閉環(huán)下的輸出電壓，用“’”表示變化后的電量，具體結(jié)果見表1。

表1 仿真測(cè)量值

表2 仿真測(cè)量計(jì)算結(jié)果一覽

將表2中的Ar代入反饋放大器基本關(guān)系式

其中反饋系數(shù)kfg＝－1／Rf。代入數(shù)據(jù)得Arf＝－344.86 kΩ，與按定義所求的－344.27 kΩ 結(jié)果很接近。

3 理論計(jì)算

3.1 靜態(tài)電流

對(duì)于基本放大器，將輸入端交流接地短路，略去RB1電阻壓降，可得T1、T2管靜態(tài)電流

考慮到IB3為小量，略去后得T2管集電極電位

與仿真中的6.434V比較接近。根據(jù)電路可以計(jì)算得到T3管發(fā)射極電流IE3

3.2 開環(huán)增益

根據(jù)單端輸入、單端反相輸出時(shí)，差分放大電路電壓增益Αv1為

其中rbe1是T1管基極與發(fā)射極間等效電阻；Ri2＝rbe3＋（1＋β）RE3／／Rf／／RL，是共集電極放大電路的輸入電阻。不失一般性，取rbb＝100Ω，β＝100，可以求得rbe1＝5.677kΩ，Ri2＝336.1kΩ。第二級(jí)共集電極電壓增益Αv2為

其很接近1，通常認(rèn)為Av2＝1。電路的總電壓增益Av為

由互阻增益Ar定義

其中Ri＝2（RB1＋rbe1）／／Rf，是差分－共集放大器的輸入電阻。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入，求得Ar＝－1122.9 kΩ。按相對(duì)誤差＝｜理論值－測(cè)量值｜／理論值×100%

可以求得與仿真間的相對(duì)誤差，具體見表3。

表3 仿真與理論計(jì)算相對(duì)誤差一覽表

3.3 閉環(huán)增益

由電路知，反饋系數(shù)kfg＝－1／Rf，代入式（1），得閉環(huán)互阻增益理論值A(chǔ)rf＝－345.95kΩ。與仿真中按式（1）所求的－344.86kΩ相對(duì)誤差如表3所示。

圖2 反饋放大器微變等效電路

3.4 反饋放大器等效電路計(jì)算

在閉環(huán)狀態(tài)下，圖1的微變等效電路如圖2所示，注意到差分電路的對(duì)稱性，對(duì)圖2列寫節(jié)點(diǎn)方程

采用MATLAB編程，取Av2＝1，運(yùn)行得各結(jié)點(diǎn)電位。考慮到vo＝Av2v3＝v3，vi＝v1，則

與仿真中按定義所求的－344.27kΩ相對(duì)誤差見表3。

4 結(jié)論

以直流差分的信號(hào)輸入方式，采用方框圖分析方法，對(duì)直接耦合方式下的差分－共集電極結(jié)構(gòu)的電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路進(jìn)行仿真分析，按定義求得開環(huán)和閉環(huán)的互阻增益，它們間滿足反饋放大器中的基本關(guān)系式Arf＝Ar／（1＋kfgAr）。理論上先求電壓增益再轉(zhuǎn)換方法，得到開環(huán)互阻增益；求解微變等效電路得到閉環(huán)互阻增益，它們同樣符合Arf＝Ar／（1＋kfgAr）關(guān)系。而理論與仿真對(duì)應(yīng)電量的相對(duì)誤差都很小，說明它們的一致性。

［1］楊一軍，陳得寶，李素文，等.差分－運(yùn)放電流串聯(lián)負(fù)反饋的理論計(jì)算與仿真分析［J］.合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，28（6）：29－30.

［2］楊一軍，陳得寶，毛培，等.差分－共射負(fù)反饋放大電路的理論計(jì)算與仿真［J］.淮北煤炭師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，31（1）：19－21.