張白莉，石佳麗

(忻州師范學(xué)院電子系，山西忻州 034000)

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差分-共集負(fù)反饋放大電路的性能分析與仿真

張白莉，石佳麗

(忻州師范學(xué)院電子系，山西忻州 034000)

本文構(gòu)建直接耦合差分-共集負(fù)反饋放大電路，通過理論分析計(jì)算基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、反饋放大器的開環(huán)增益和閉環(huán)增益，驗(yàn)證了負(fù)反饋放大電路的基本關(guān)系式，對增益的相對穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。并利用仿真軟件EWB，對電路進(jìn)行了仿真分析。在合理的近似處理下，靜態(tài)工作點(diǎn)、開環(huán)和閉環(huán)放大倍數(shù)的理論計(jì)算與EWB軟件的仿真結(jié)果基本一致，說明了計(jì)算分析的正確性。

差分-共集電路；負(fù)反饋；理論計(jì)算；EWB仿真

差動(dòng)放大電路是集成運(yùn)算放大電路中常用到的電路結(jié)構(gòu)形式，它可以有效地抑制直接耦合放大電路中的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，而在差動(dòng)放大電路中引入合適的負(fù)反饋可以使電路的性能更加優(yōu)化，本文在差分-共集負(fù)反饋放大電路中引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，增大了電路的輸入電阻、減小了輸出電阻，使其頻帶得到擴(kuò)展，非線性失真情況也明顯減少等[1].并通過理論分析和仿真計(jì)算驗(yàn)證了該電路的性能.

1 電路及其理論計(jì)算

1.1 電路的基本構(gòu)成

差分-共集電極負(fù)反饋放大電路如圖1所示，該電路的輸入端是單端輸入、單端輸出的差分電路，輸出端是共集電極組態(tài)，兩級之間使用直接耦合方式進(jìn)行連接，構(gòu)成差分-共集電極負(fù)反饋放大電路.根據(jù)瞬時(shí)極性法判別為負(fù)反饋；反饋量源于輸出電壓，為電壓反饋；反饋量與輸入量以電壓方式疊加，是串聯(lián)反饋[2].

圖1 差分-共集電極負(fù)反饋放大電路圖

1.2 靜態(tài)工作點(diǎn)

差分放大器的兩端對稱，T1、T2兩個(gè)三極管的基極電流IE1、IE2相等，當(dāng)輸入電壓Ui接地時(shí)，不計(jì)Rb1上的電壓，有

IC1=IC2≈βIB=0.282mA.

考慮Rb3的電阻很大，可省略Rb3分路的直流，可得VC2，則

VC2=VCC-RC2IC2=8.62V.

1.3 開環(huán)增益

根據(jù)靜態(tài)電流的計(jì)算IE1=0.285mA，可計(jì)算得到T1、T2管射極交流電阻rb′e1、rb′e3.

考慮到rb′b一般為幾十歐姆，略去其影響，則得

rb′e1=101×26mA/0.285mA=9.21KΩ,rb′e3=101×26mA/0.285mA=0.92KΩ.

差分放大電路開環(huán)電壓放大倍數(shù)Av1表達(dá)式為

其中R為T3管的輸入電阻，R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RC2，忽略掉R，代入數(shù)據(jù)可得差分放大電路第一級放大倍數(shù)Av1≈58.77.

1.4 閉環(huán)增益

1.5 電路增益的相對穩(wěn)定性

(1)

其中，F(xiàn)為反饋系數(shù).引入交流負(fù)反饋，因環(huán)境的變化、電源大小的波動(dòng)、原件的老化、器件的更換等原因會(huì)引起的放大倍數(shù)的變化，或者在制成產(chǎn)品時(shí)，因半導(dǎo)體期間參數(shù)的分散性也會(huì)引起放大倍數(shù)的變化，從而造成增益的不穩(wěn)定.在A變化不大的條件下，對(1)進(jìn)行微分，有

在兩邊除以(1)，可得到

(2)

由(2)說明在引入負(fù)反饋后，增益的穩(wěn)定性明顯提高，是基本放大電路的(1+AF)倍.當(dāng)A變化很大時(shí)，應(yīng)為差分形式

(3)

(4)

這時(shí)相對穩(wěn)定性一般公式應(yīng)為

(5)

由上可知，(5)與(3)明顯不同，也就是說，反饋放大器增益隨反饋系數(shù)的變化而改變.在計(jì)算反饋放大器增益的相對變化量時(shí)，可以由基本放大器增益和反饋系數(shù)的前后變化值來確定.

當(dāng)反饋系數(shù)ΔF=0時(shí)，則有

(6)

可以看出，當(dāng)增益A變化不大時(shí)，將A′與A的差別忽略不計(jì)，差分形式變換為微分形式，即為(2).該電路的基本放大電路如圖2所示.通過對該電路進(jìn)行計(jì)算，分析基本放大器增益和反饋系數(shù)變化對穩(wěn)定性的影響，分析結(jié)果見表1所示，電路參數(shù)改變之前Avv=28.62,Avvf=18.33,F=0.0196.

圖2 差分-共集電極負(fù)反饋放大電路基本放大電路

表1 不同參數(shù)下負(fù)反饋放大增益的相對穩(wěn)定性

R/kΩA′vs/SA′vsf/SF′/ΩΔAvsf/Avsf(2)結(jié)果(5)結(jié)果Rf=2027．6211．9050．0477-0．3505-0．0117-0．0114Rf=3028．814．920．0323-0．1860-0．0045-0．0044

2 仿真

啟動(dòng)EWB仿真軟件，設(shè)置三極管β=100，繪制差分-共集電極負(fù)反饋放大電路及其對應(yīng)的基本放大器，記錄其靜態(tài)工作點(diǎn)、開環(huán)增益、閉環(huán)增益，并驗(yàn)證負(fù)反饋一般表達(dá)式，結(jié)果如表2和表3所示.

表2 靜態(tài)工作下的理論和仿真結(jié)果一覽表

表3 理論與仿真結(jié)果一覽表

由表2和表3數(shù)據(jù)可以得出，仿真結(jié)果的實(shí)驗(yàn)值與理論計(jì)算值之間的相對誤差都低于十分之一，這在實(shí)驗(yàn)研究中是完全允許的.此外，Avvf與Avv(1+kfvAvv)的相對誤差分別為3.38%和3.44%，在實(shí)驗(yàn)計(jì)算中，這種誤差可忽略不計(jì).

3 結(jié)語

通過對差分-共集電極負(fù)反饋放大電路的理論計(jì)算和仿真引入了負(fù)反饋后，電路的穩(wěn)定性得到了提高.開環(huán)增益和閉環(huán)增益的表達(dá)式得到了驗(yàn)證，理論分析和仿真結(jié)果的相對誤差比較小，說明了它們的一致性.

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The Simulation and Analysis for Differential-common Collect Amplifying Circuit with Negative Feedback

ZHANG Bai-li,SHI Jia-li

(Xinzhou teachers Universty, Xinzhou Shanxi 034000, China)

This paper constructs direct coupled differential-common collect amplifying circuit, through the theoretical analysis and calculation of basic amplifying circuit’s static working point, open loop gain, loop gain and verify the basic relation of feedback amplifier circuit, calculation and analysis the relative stability of gain. Simulation software EWB is used to simulate the circuit. Under the reasonable approximation, the theoretical calculation of the static working point, the open loop and the closed-loop amplification ratio are basically consistent with the simulation results of EWB software.

differential-common collect amplifying circuit; negative feedback; simulation; EWB software

2015-07-10

忻州師范學(xué)院院級教改基金項(xiàng)目(JG201309)。

張白莉(1977- )，女，山西原平人，忻州師范學(xué)院電子系副教授，碩士，從事電子技術(shù)應(yīng)用研究。

TN713

A

2095-7602(2015)10-0026-04