差分-共集負反饋放大電路的性能分析與仿真

張白莉，石佳麗

(忻州師范學院電子系，山西忻州 034000)

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差分-共集負反饋放大電路的性能分析與仿真

張白莉，石佳麗

(忻州師范學院電子系，山西忻州 034000)

本文構建直接耦合差分-共集負反饋放大電路，通過理論分析計算基本放大電路的靜態工作點、反饋放大器的開環增益和閉環增益，驗證了負反饋放大電路的基本關系式，對增益的相對穩定性進行計算分析。并利用仿真軟件EWB，對電路進行了仿真分析。在合理的近似處理下，靜態工作點、開環和閉環放大倍數的理論計算與EWB軟件的仿真結果基本一致，說明了計算分析的正確性。

差分-共集電路；負反饋；理論計算；EWB仿真

差動放大電路是集成運算放大電路中常用到的電路結構形式，它可以有效地抑制直接耦合放大電路中的零點漂移現象，而在差動放大電路中引入合適的負反饋可以使電路的性能更加優化，本文在差分-共集負反饋放大電路中引入電壓串聯負反饋，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算驗證了該電路的性能.

1 電路及其理論計算

1.1 電路的基本構成

差分-共集電極負反饋放大電路如圖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，兩級之間使用直接耦合方式進行連接，構成差分-共集電極負反饋放大電路.根據瞬時極性法判別為負反饋；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，是串聯反饋[2].

圖1 差分-共集電極負反饋放大電路圖

1.2 靜態工作點

差分放大器的兩端對稱，T1、T2兩個三極管的基極電流IE1、IE2相等，當輸入電壓Ui接地時，不計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 開環增益

根據靜態電流的計算IE1=0.285mA，可計算得到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.

差分放大電路開環電壓放大倍數Av1表達式為

其中R為T3管的輸入電阻，R遠遠大于RC2，忽略掉R，代入數據可得差分放大電路第一級放大倍數Av1≈58.77.

1.4 閉環增益

1.5 電路增益的相對穩定性

(1)

其中，F為反饋系數.引入交流負反饋，因環境的變化、電源大小的波動、原件的老化、器件的更換等原因會引起的放大倍數的變化，或者在制成產品時，因半導體期間參數的分散性也會引起放大倍數的變化，從而造成增益的不穩定.在A變化不大的條件下，對(1)進行微分，有

在兩邊除以(1)，可得到

(2)

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

(3)

(4)

這時相對穩定性一般公式應為

(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的變化而改變.在計算反饋放大器增益的相對變化量時，可以由基本放大器增益和反饋系數的前后變化值來確定.

當反饋系數ΔF=0時，則有

(6)

可以看出，當增益A變化不大時，將A′與A的差別忽略不計，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.通過對該電路進行計算，分析基本放大器增益和反饋系數變化對穩定性的影響，分析結果見表1所示，電路參數改變之前Avv=28.62,Avvf=18.33,F=0.0196.

圖2 差分-共集電極負反饋放大電路基本放大電路

表1 不同參數下負反饋放大增益的相對穩定性

R/kΩA′vs/SA′vsf/SF′/ΩΔAvsf/Avsf(2)結果(5)結果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EWB仿真軟件，設置三極管β=100，繪制差分-共集電極負反饋放大電路及其對應的基本放大器，記錄其靜態工作點、開環增益、閉環增益，并驗證負反饋一般表達式，結果如表2和表3所示.

表2 靜態工作下的理論和仿真結果一覽表

表3 理論與仿真結果一覽表

由表2和表3數據可以得出，仿真結果的實驗值與理論計算值之間的相對誤差都低于十分之一，這在實驗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%，在實驗計算中，這種誤差可忽略不計.

3 結語

通過對差分-共集電極負反饋放大電路的理論計算和仿真引入了負反饋后，電路的穩定性得到了提高.開環增益和閉環增益的表達式得到了驗證，理論分析和仿真結果的相對誤差比較小，說明了它們的一致性.

[1]牛燕煒.基于Multisim7的負反饋放大電路的研究[J].電子工程師,2007,33(6):44-47.

[2]劉紅.淺析反饋類型的判斷[J].科技創新導報,2010(25):135-136.

[3]楊一軍,陳得寶,王江濤,等.電壓并聯負反饋放大電路穩定性的分析與討論[J].實驗室研究與探索,2012(8):23-24.

[4]金維香,張穎.基于虛擬軟件的電路設計與測試技術[J].長沙水電師院學報:自然科學版,2000,15(4):30-33.

[5]詹善兵,黃崇富.基于EWB的電工電子技術仿真分析探索[J].現代企業文化,2008(12):112-113.

[6]曲惠勤,祝文靜,楊一軍.運放-差分電壓并聯負反饋放大電路的分析與研究[J].淮北師范大學學報:自然科學版,2011, 32(4):33-35.

[7]別其璋.集成運放構成的4種負反饋放大電路性能分析[J].重慶工商大學學報:自然科學版,2003,20(3):80-85.

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

忻州師范學院院級教改基金項目(JG201309)。

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

TN713

A

2095-7602(2015)10-0026-04