差分-共集负反馈放大电路的性能分析与仿真

张白莉，石佳丽

(忻州师范学院电子系，山西忻州 034000)



差分-共集负反馈放大电路的性能分析与仿真

张白莉，石佳丽

(忻州师范学院电子系，山西忻州 034000)

本文构建直接耦合差分-共集负反馈放大电路，通过理论分析计算基本放大电路的静态工作点、反馈放大器的开环增益和闭环增益，验证了负反馈放大电路的基本关系式，对增益的相对稳定性进行计算分析。并利用仿真软件EWB，对电路进行了仿真分析。在合理的近似处理下，静态工作点、开环和闭环放大倍数的理论计算与EWB软件的仿真结果基本一致，说明了计算分析的正确性。

差分-共集电路；负反馈；理论计算；EWB仿真

差动放大电路是集成运算放大电路中常用到的电路结构形式，它可以有效地抑制直接耦合放大电路中的零点漂移现象，而在差动放大电路中引入合适的负反馈可以使电路的性能更加优化，本文在差分-共集负反馈放大电路中引入电压串联负反馈，增大了电路的输入电阻、减小了输出电阻，使其频带得到扩展，非线性失真情况也明显减少等[1].并通过理论分析和仿真计算验证了该电路的性能.

1 电路及其理论计算

1.1 电路的基本构成

差分-共集电极负反馈放大电路如图1所示，该电路的输入端是单端输入、单端输出的差分电路，输出端是共集电极组态，两级之间使用直接耦合方式进行连接，构成差分-共集电极负反馈放大电路.根据瞬时极性法判别为负反馈；反馈量源于输出电压，为电压反馈；反馈量与输入量以电压方式叠加，是串联反馈[2].

图1 差分-共集电极负反馈放大电路图

1.2 静态工作点

差分放大器的两端对称，T1、T2两个三极管的基极电流IE1、IE2相等，当输入电压Ui接地时，不计Rb1上的电压，有

IC1=IC2≈βIB=0.282mA.

考虑Rb3的电阻很大，可省略Rb3分路的直流，可得VC2，则

VC2=VCC-RC2IC2=8.62V.

1.3 开环增益

根据静态电流的计算IE1=0.285mA，可计算得到T1、T2管射极交流电阻rb′e1、rb′e3.

考虑到rb′b一般为几十欧姆，略去其影响，则得

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

差分放大电路开环电压放大倍数Av1表达式为

其中R为T3管的输入电阻，R远远大于RC2，忽略掉R，代入数据可得差分放大电路第一级放大倍数Av1≈58.77.

1.4 闭环增益

1.5 电路增益的相对稳定性

(1)

其中，F为反馈系数.引入交流负反馈，因环境的变化、电源大小的波动、原件的老化、器件的更换等原因会引起的放大倍数的变化，或者在制成产品时，因半导体期间参数的分散性也会引起放大倍数的变化，从而造成增益的不稳定.在A变化不大的条件下，对(1)进行微分，有

在两边除以(1)，可得到

(2)

由(2)说明在引入负反馈后，增益的稳定性明显提高，是基本放大电路的(1+AF)倍.当A变化很大时，应为差分形式

(3)

(4)

这时相对稳定性一般公式应为

(5)

由上可知，(5)与(3)明显不同，也就是说，反馈放大器增益随反馈系数的变化而改变.在计算反馈放大器增益的相对变化量时，可以由基本放大器增益和反馈系数的前后变化值来确定.

当反馈系数ΔF=0时，则有

(6)

可以看出，当增益A变化不大时，将A′与A的差别忽略不计，差分形式变换为微分形式，即为(2).该电路的基本放大电路如图2所示.通过对该电路进行计算，分析基本放大器增益和反馈系数变化对稳定性的影响，分析结果见表1所示，电路参数改变之前Avv=28.62,Avvf=18.33,F=0.0196.

图2 差分-共集电极负反馈放大电路基本放大电路

表1 不同参数下负反馈放大增益的相对稳定性

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

2 仿真

启动EWB仿真软件，设置三极管β=100，绘制差分-共集电极负反馈放大电路及其对应的基本放大器，记录其静态工作点、开环增益、闭环增益，并验证负反馈一般表达式，结果如表2和表3所示.

表2 静态工作下的理论和仿真结果一览表

表3 理论与仿真结果一览表

由表2和表3数据可以得出，仿真结果的实验值与理论计算值之间的相对误差都低于十分之一，这在实验研究中是完全允许的.此外，Avvf与Avv(1+kfvAvv)的相对误差分别为3.38%和3.44%，在实验计算中，这种误差可忽略不计.

3 结语

通过对差分-共集电极负反馈放大电路的理论计算和仿真引入了负反馈后，电路的稳定性得到了提高.开环增益和闭环增益的表达式得到了验证，理论分析和仿真结果的相对误差比较小，说明了它们的一致性.

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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

忻州师范学院院级教改基金项目(JG201309)。

张白莉(1977- )，女，山西原平人，忻州师范学院电子系副教授，硕士，从事电子技术应用研究。

TN713

A

2095-7602(2015)10-0026-04