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1、Pspice在差分放大电路屮的应用电气09-5张国君黑龙江科技学院电气与信息工程学院邮编150028摘要：差分放大电路作为集成运算放大器的输入级电路•具有电路结构复杂、分析繁琐的特点，一直是模拟电子技术设计与分析中的难点。PSPICE作为著名的电路设计与仿真软件，具有仿真速度快、精度高等优点。本文应用PSPICE对差分放大电路的工作特性进行了较全面的仿真，利用PSPICE分析、研究了差分放大电路的时域响应、频率响应以及温度对其性能的影响。关键词：差分放大电路;pspice仿真引言木文主要写pspic

2、e在差分放人电路屮的应用，利用仿真软件仿真电路，并对其进行分析，而平时皮策在画图形象，可观，能一目了然的看到差分放人电路的性能以及各种响应。1典型差分放大电路在模拟集成电路中，集成运算放大器是应用极为广泛的一种。集成运算放大器是一种具冇高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的输入级一般是由BJT、JFET或M0SFET组成的差分式放人电路，其工作原理是利用养分放人电路的对称性来提高整个电路的共模抑制比和其它方面的性能，从而有效地抑制零点漂移。但是差分电路结构复朵、分析繁琐，特别

3、是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难于理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。图1是一个典型的差分放大电路，其中Q1与Q2是一对NPN型的BJT差分对管，型号为Q2N2222。Q3与Q4组成镜像电流源，其电流大小基本怛定（约为VDD-VEE/R1）0恒流源的作用是充当有源负载，即利用其具有很高的交流电阻的特点作为Ql-UQ2的发射极电阻。2PSPICE简介PSPICE（PersonalSimulationProgramwith1CEmphasis）是目前流行的EDA软件之一，相较其它EDA

4、设计分析软件，其最大优势在于世界各大著名电子器件公司为它提供了几力种模拟和数字元件模型，使PSP1CE的仿真结果更加真实并且十分接近实际电路的分析结果。PSPICE用于电路仿真时，以源程序或图形方式输入，能白动进行电路检杳，生成图表,模拟和计算电路。它不仅可以对模拟电子线路进行不同输入状态的时间响应、频率响应、噪声和其他性能的分析优化，以使设计电路达到最优的性能指标，还可以分析数字电子线路和模数混合电路。下面利川PSPICE对差分放大电路的工作特性进行仿真研究。3差分放大电路的工作特性仿真分析在Sc

5、hematics绘图编辑器屮绘制的差分放人电路的原理图如图1。其'PVia是正弦激励源，其幅值设为0.IV,满足小信号的要求，频率设为5MHzo3.1直流分析（DCSweep）直流分析是设定电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化，计算电路的直流偏置特性。在此选定以三极管Q1的电流放人系数（在PSPTCE屮以BF表示）为白变量，令其取值从100线性增长到300,步长为15。研究差分放大电路的输出电压与三极管电流放大系数的关系。分析可知，由于差分放大电路结构对称，Q1与Q2具有相同的直流工作状态，

6、几其集电极电位会随着电流放大系数的增大近似线性地减小。PSPICE仿真结果如图3所示。仿真结果表明，在直流状态下，差分放人电路的输出电压VoutkVout2的变化规律完全相同.都是随着三极管电流放人系数BF的增人而儿乎呈线性地减小。显然，仿真结果与理论分析结果一致图2帯变频交流激励源的羌分放人电路(a)V0UT1与BF的关系©(b)Vout2-UBF的关系图3PSP1CE直流分析仿真结果3.2交流分析和噪声分析(ACSweep/Noise)交流分析和噪声分析是计算电路中交流小信号的频率响应特性，并将

7、电路屮各个器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源上研究差分放大电路的频率特性就是研究其在不同信号频率下的增益以及通频带。设置交流分析的扫描频率从1HZ到lGHZo采用10倍频增量进行递增。需要注意的是，M用PSPICE进行交流分析时，必须在电路图屮设置相应的独立交流激励源，否则仿真无法进行。在此，可将图1中的正弦激励源Vin改为幅值固定、频率可变的交流激励源VAC,如图2所示。PSPICE仿真结果如图4所示。可见。当激励源保持幅值0.IV不变，而频率从1HZ递增到1GHZ时。差分放大电路表现

8、出很好的低通特性。这是由于电路结构采用了直接耦合的方式，从而避免了阻容耦合方式吋耦合电容对放大电路低频性能的影响。从图4(b)还可直观地看出其通频带宽约为300KHZo卄予机小Q)交流激励源与频率的变化关系(b)羌分电路的输出Voutl与频率的变化关系图4PSPICE交流频域分析仿真结果3.3瞬态分析(TimeDomainTransient)瞬态分析是指在给定输入激励信号的作用卜•计算电路输出端的瞬态响应，实质就是计算时域响应设置瞬态分析的参数为：从零时刻开始记录数据