曲慧勤，楊一軍

(1.合肥師范學(xué)院 學(xué)報編輯部，安徽 合肥 230061;2.淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北 235000)

采用仿真軟件對電子電路計算結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，是近年來討論分析電路、設(shè)計電路的常見做法之一.目前已有使用上述方法對差分-共發(fā)射極、差分-運(yùn)放結(jié)構(gòu)負(fù)反饋放大電路，收到令人滿意結(jié)果的相關(guān)報道[1]，但關(guān)于差分-共集電極結(jié)構(gòu)的電路尚未見到.差分結(jié)構(gòu)放大器可以有效抑制零點(diǎn)漂移，而共集電極電路具有高輸入電阻、低輸出電阻特點(diǎn).在差分-共集電極組合電路中，引入電壓負(fù)反饋可以進(jìn)一步降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力;同時引入的串聯(lián)負(fù)反饋可以提高差分放大器的輸入電阻，不僅具有優(yōu)良的電壓放大器特性，而且兼有抑制零點(diǎn)漂移能力，在理論研究和應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛前景.本文采用方框圖分析法，對構(gòu)建的差分-共集結(jié)構(gòu)的放大器，討論其基本放大器和反饋放大器的交流指標(biāo).

1 理論計算

1.1 靜態(tài)工作點(diǎn)

電壓串聯(lián)負(fù)反饋差分-共集電極放大電路如圖1所示，差分電路采用單端輸入、單端輸出方式，考慮到反饋組態(tài)為交流，其對直流靜態(tài)無關(guān)，T1、T2兩管直流輸入對稱，靜態(tài)電流 IE1、IE2相等.當(dāng)計算靜態(tài)工作點(diǎn)時，考慮到基極電流很小，不計 RS、RB1和 RB2上電壓降有

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得 IE2=0.282 5 mA.由圖1可以建立方程組

不失一般性，取三個晶體管 β同為100，用MATLAB編程求解得:VC2=8.550 V，IB3=7.773 μA。利用基極與發(fā)射極電流關(guān)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 開環(huán)增益和閉環(huán)增益

在單端同相輸出條件下，由差分電路組成的第一級電壓增益為

其中 Ri2=rbe3+(1+β)RE3∥(Rf+RB2)∥RL.而由共集電極構(gòu)成的第二級電壓增益為

放大器總增益

運(yùn)行MATLAB程序得 Av=56.00.利用反饋放大器與基本放大器關(guān)系

由圖1電路可以得到反饋系數(shù)

將電路參數(shù)代入式(8)、(9)，得到閉環(huán)增益 Avf=26.69.

1.3 開環(huán)和閉環(huán)輸入電阻

對于多級放大器，第一級的輸入電阻就是該放大器的輸入電阻.對于差分放大器，無論在雙端或單端輸入形式下，其輸入電阻 Ri總是2(RB1+rbe1)，由此可得 Ri=20.73 kΩ.根據(jù)反饋放大器與基本放大器下輸入電阻關(guān)系

得到 Rif=43.50 kΩ.

1.4 開環(huán)與閉環(huán)輸出電阻

基本放大器輸出電阻為

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得 Ro=150.0 Ω.閉環(huán)時，輸出電阻為

其中 Avt是負(fù)載開路時的源電壓增益.代入數(shù)據(jù)有 Avst=54.23，Rof=72.69 Ω.

2 仿真結(jié)果

2.1 電路交流參數(shù)的仿真

采用EWB軟件，對圖1電路啟動仿真，結(jié)果見表1.根據(jù)相對誤差 Δ計算方法

可以得到理論與仿真的相對誤差(具體見表1).可以看到，電壓增益的理論值與仿真很接近，而閉環(huán)狀態(tài)下的輸入電阻和輸出電阻相對誤差較大，盡管如此，其已經(jīng)可以滿足工程計算的需要[2].另外從表1的數(shù)據(jù)中，將開環(huán)增益的仿真結(jié)果代入式(8)，可以得到 Avf=26.71，與直接按定義得到的26.65，以及理論計算值26.68都很接近.

表1 仿真結(jié)果與相對誤差

2.2 相對穩(wěn)定性的仿真

反饋放大器相對穩(wěn)定性在不同條件下有微分形式、差分形式、一般形式[3]，當(dāng)增益變化為小量時，常采用微分形式

當(dāng)增益變化較大時，應(yīng)使用差分形式

這里 A'為變化后的基本放大器增益，ΔA=A'-A，ΔAf= Af'-Af(Af'為變化后的反饋放大器增益).當(dāng)反饋系數(shù) kf變化時，用 kf'表示變化后的反饋系數(shù)，用 Δkf=kf'-kf表示變化量，有

改變電路參數(shù)，將 Rf由 50 kΩ 改為 55 kΩ，啟動仿真軟件，得 A'、Af'、kf'，進(jìn)而得 ΔA、ΔAf、Δkf，結(jié)果見表 2.

表2 反饋系數(shù)改變后的增益、反饋系數(shù)

分別用式(13)、(14)、(15)計算反饋系數(shù)改變后的相對穩(wěn)定性，結(jié)果如表3.可以看到，當(dāng)反饋系數(shù)改變時，僅有式(15)成立.

表3 使用不同形式相對穩(wěn)定性計算公式計算結(jié)果及與標(biāo)準(zhǔn)值的相對誤差

3 結(jié)語

對差分-共集負(fù)反饋電路采用方框圖分析法進(jìn)行理論計算，給出基本放大器和反饋放大器的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻，與仿真結(jié)果比較知:基本放大器和反饋放大器電壓增益兩者相對誤差很小;基本放大器的輸入、輸出電阻理論與仿真相差不大，而反饋放大器的相差較大，最大相對為5.74%.另外，根據(jù)使用情況，可以增大反饋系數(shù)，使得輸入電阻進(jìn)一步增大，輸出電阻進(jìn)一步減小，以滿足不同場合的需求.

[1]楊一軍，陳得寶，李素文，等.差分-運(yùn)放電流串聯(lián)負(fù)反饋的理論計算與仿真分析[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報，2010，28(6):29-30.

[2]謝嘉奎.電子線路(線性部分)[M].4版.北京:高等教育出版社，1999:66.

[3]楊一軍，陳得寶，王江濤，等.負(fù)反饋放大器穩(wěn)定性的理論探討與EWB仿真[J].天津理工大學(xué)學(xué)報，2011，27(4):8-10.