差分放大电路仿真分析.docx

差分放大电路仿真分析
差分放大电路是集成运算放大器的主要单元电路之一，它具有很强的抑制零点漂移的能力。作为集成运算放大器的输入级，差分放大电路几乎完全决定着集成运算放大器的差模输入特性、共模抑制特性、输入失调特性和噪声特性。
差分放大电路经由两个参数完全相同的晶体管组成，电路结构对称。电路具有两个输入端和两个输出端，因此差分放大电路具有四种形式：单端输入单端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出以及双端输入双端输出。
实验内容：
一、理想差分放大电路
1、绘制电路图
启动CaptureCIS程序，新建工程，利用CaptureCIS绘图软件，绘制如下的电路原理图。
双击正弦电压源VS+的图标，在弹出的窗口中设置AC为10mV，DC为0V，VOFF为0，VAMPL为10m，VFREQ1kHz。VS-的设置除AC为-10mV外，其余均与VS+同。

2、直流工作点分析
选择Spice|NewSimulationProfile功能选项或单击按钮，打开NewSimulation对话框，在Name文本框中输入Bias，单击Create按钮，弹出SimulationSettings-Bias对话框，设置如下：

保存设置，启动PSpiceA/D仿真程序，调出PSpiceA/D窗口，可以在PSpiceA/D窗口中选择View|OutPutFilse功能菜单选项，查看输出文件。

在CaptureCIS窗口中，单击I、V按钮，此时电路图中显示电路的静态工作电压与电流值，如下图：

3、双端输入是的基本特性
上面的电路是双端输入的形式，可以利用上面的电路来分析双端输入时的电路特性。
将分析类型设为交流扫描分析ACSweep。选择PSpice|NewSimulationProfile功能选项或单击按钮，打开NewSimulation对话框，在Name文本框中输入AC，单击Create按钮，弹出SimulationSettings-AC对话框，设置如下：

启动PSpiceA/D仿真程序，显示空的PSpiceA/D窗口，选择Trace|AddTrace命令，在AddTrace窗口中设置如下图，即观察单端输出时的电压增益：V(OUT1)/(V(VS+:+)-V(Vs-:+))。
再次弹出AddTrace窗口，设置仿真输出变量为双端电压增益，表达式为：(V(OUT1)-V(OUT2))/(V(VS+:+)-V(Vs-:+))，结果如下图。

利用光标工具Cusor测得单端输出时的差模电压增益正好是双端输出时的一半。由于差分放大电路的两边完全对称，所以两个输出端输出的是幅度相同，相位相差180度的信号。图中可以测得两条曲线的上行截止频率相同。
对于双端输入的共模特性分析如下：
对电路图中信号源VS-的AC属性改为10mV，其它与信号源VS+一样，这样就相当于在两个输入端上加了相同的信号。分析类型仍然为交流扫描分析。启动PSpiceA/D仿真程序，显示空的PSpiceA/D窗口，选择Trace|AddTrace命令，在AddTrace窗口中设置如下图，即观察单端输出时的电压增益：V(OUT1)/V(VS+:+)。
再次弹出AddTrace窗口，设置仿真输出变量为双端电压增益，表达式为：(V(OUT1)-V(OUT2))/V(VS+:+)，结果如下图。

双端输出的共模电压增益为零。在中低频段单端输出时的共模电压增益也很小。随着频率的增加，共模电压增益会急剧增加，增加到一定程度后不会再有剧烈的增减，但无论如何这个小于1。
4、单端输入时的基本特性
在差分放大电路中如果输入信号是通过在两个输入端加上大小相等、相位相反的信号，则称为双端输入，如果输入信号是从一端接入，而另一端输入信号为零，则称为单端输入。
修改电路图，双击电源VS-，将其AC、VOFF、VAMPL及FREQ属性均该为零。
选择PSpice|Markers|VoltageLevel功能选项或单击按钮分别在OUT1和OUT2各放置一个电压探针，再选择PSpice|Markers|VoltageDifferential功能选项，观察两个节点之间的电压差，将正端放置在OUT1，负端放置在OUT2，结果如下图：

分析类型选择交流扫描分析ACSweep。分析设置与前面的双端输入时分析差模电压增益时一样。
启动PSpiceA/D仿真程序，输出曲线如下图：

图中可以看到三条曲线，使用工具Cusor测得输出端OUT1和OUT2的输出电压均为503.286mV，双端输出电压正好是单端输出电压的两倍。
观察各种输出方式中各输出端输出的瞬态波形和相位关系。选择PSpice|NewSimulationProfile功能选项或单击按钮，打开NewSimulation对话框，在Name文本框中输入