差分-共集负反馈电路的电性能讨论与仿真

曲慧勤，杨一军

(1.合肥师范学院 学报编辑部，安徽 合肥 230061;2.淮北师范大学 物理与电子信息学院，安徽 淮北 235000)

采用仿真软件对电子电路计算结果进行仿真验证，是近年来讨论分析电路、设计电路的常见做法之一.目前已有使用上述方法对差分-共发射极、差分-运放结构负反馈放大电路，收到令人满意结果的相关报道[1]，但关于差分-共集电极结构的电路尚未见到.差分结构放大器可以有效抑制零点漂移，而共集电极电路具有高输入电阻、低输出电阻特点.在差分-共集电极组合电路中，引入电压负反馈可以进一步降低输出电阻，提高带负载能力;同时引入的串联负反馈可以提高差分放大器的输入电阻，不仅具有优良的电压放大器特性，而且兼有抑制零点漂移能力，在理论研究和应用领域具有广泛前景.本文采用方框图分析法，对构建的差分-共集结构的放大器，讨论其基本放大器和反馈放大器的交流指标.

1 理论计算

1.1 静态工作点

电压串联负反馈差分-共集电极放大电路如图1所示，差分电路采用单端输入、单端输出方式，考虑到反馈组态为交流，其对直流静态无关，T1、T2两管直流输入对称，静态电流 IE1、IE2相等.当计算静态工作点时，考虑到基极电流很小，不计 RS、RB1和 RB2上电压降有

代入相关数据得 IE2=0.282 5 mA.由图1可以建立方程组

不失一般性，取三个晶体管 β同为100，用MATLAB编程求解得:VC2=8.550 V，IB3=7.773 μA。利用基极与发射极电流关系得 IE3=0.785 0 mA.按 rbe求解公式

取 rbb'=80 Ω，得 rbe1=9.376 kΩ，rbe3=3.425 kΩ.

1.2 开环增益和闭环增益

在单端同相输出条件下，由差分电路组成的第一级电压增益为

其中 Ri2=rbe3+(1+β)RE3∥(Rf+RB2)∥RL.而由共集电极构成的第二级电压增益为

放大器总增益

运行MATLAB程序得 Av=56.00.利用反馈放大器与基本放大器关系

由图1电路可以得到反馈系数

将电路参数代入式(8)、(9)，得到闭环增益 Avf=26.69.

1.3 开环和闭环输入电阻

对于多级放大器，第一级的输入电阻就是该放大器的输入电阻.对于差分放大器，无论在双端或单端输入形式下，其输入电阻 Ri总是2(RB1+rbe1)，由此可得 Ri=20.73 kΩ.根据反馈放大器与基本放大器下输入电阻关系

得到 Rif=43.50 kΩ.

1.4 开环与闭环输出电阻

基本放大器输出电阻为

代入相关数据得 Ro=150.0 Ω.闭环时，输出电阻为

其中 Avt是负载开路时的源电压增益.代入数据有 Avst=54.23，Rof=72.69 Ω.

2 仿真结果

2.1 电路交流参数的仿真

采用EWB软件，对图1电路启动仿真，结果见表1.根据相对误差 Δ计算方法

可以得到理论与仿真的相对误差(具体见表1).可以看到，电压增益的理论值与仿真很接近，而闭环状态下的输入电阻和输出电阻相对误差较大，尽管如此，其已经可以满足工程计算的需要[2].另外从表1的数据中，将开环增益的仿真结果代入式(8)，可以得到 Avf=26.71，与直接按定义得到的26.65，以及理论计算值26.68都很接近.

表1 仿真结果与相对误差

2.2 相对稳定性的仿真

反馈放大器相对稳定性在不同条件下有微分形式、差分形式、一般形式[3]，当增益变化为小量时，常采用微分形式

当增益变化较大时，应使用差分形式

这里 A'为变化后的基本放大器增益，ΔA=A'-A，ΔAf= Af'-Af(Af'为变化后的反馈放大器增益).当反馈系数 kf变化时，用 kf'表示变化后的反馈系数，用 Δkf=kf'-kf表示变化量，有

改变电路参数，将 Rf由 50 kΩ 改为 55 kΩ，启动仿真软件，得 A'、Af'、kf'，进而得 ΔA、ΔAf、Δkf，结果见表 2.

表2 反馈系数改变后的增益、反馈系数

分别用式(13)、(14)、(15)计算反馈系数改变后的相对稳定性，结果如表3.可以看到，当反馈系数改变时，仅有式(15)成立.

表3 使用不同形式相对稳定性计算公式计算结果及与标准值的相对误差

3 结语

对差分-共集负反馈电路采用方框图分析法进行理论计算，给出基本放大器和反馈放大器的电压增益、输入电阻和输出电阻，与仿真结果比较知:基本放大器和反馈放大器电压增益两者相对误差很小;基本放大器的输入、输出电阻理论与仿真相差不大，而反馈放大器的相差较大，最大相对为5.74%.另外，根据使用情况，可以增大反馈系数，使得输入电阻进一步增大，输出电阻进一步减小，以满足不同场合的需求.

[1]杨一军，陈得宝，李素文，等.差分-运放电流串联负反馈的理论计算与仿真分析[J].合肥师范学院学报，2010，28(6):29-30.

[2]谢嘉奎.电子线路(线性部分)[M].4版.北京:高等教育出版社，1999:66.

[3]杨一军，陈得宝，王江涛，等.负反馈放大器稳定性的理论探讨与EWB仿真[J].天津理工大学学报，2011，27(4):8-10.