基于Multisim10的差分放大電路溫漂分析

摘要：在模擬電路的教學(xué)中，差分放大電路的溫漂抑制作用無疑是一個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容。如果在教學(xué)中應(yīng)用Multisim10進(jìn)行仿真分析，可以將復(fù)雜的知識(shí)簡(jiǎn)單化，從而加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，大大提高課堂教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：Multisim10；差分放大電路；仿真分析

    差分放大電路又稱差動(dòng)放大電路，是集成運(yùn)算放大器中重要的基本單元電路，廣泛地應(yīng)用于多級(jí)直接耦合放大電路的輸入級(jí)，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)“溫漂”等“零點(diǎn)漂移”現(xiàn)象具有很強(qiáng)的抑制作用。但在教學(xué)中，差分放大電路對(duì)溫漂的抑制作用卻難于理解，并且在實(shí)驗(yàn)室的條件下也難于實(shí)現(xiàn)。如果在教學(xué)中利用Muhisim10的溫度掃描分析功能進(jìn)行仿真分析，可以將傳統(tǒng)電路環(huán)境溫度變化對(duì)輸出電壓的影響，差分電路環(huán)境溫度變化對(duì)輸出電壓的影響形象地展示在學(xué)生面前，既加深了學(xué)生的理解，又減輕了老師的負(fù)擔(dān)，提高了教學(xué)效果，有利于輔助教學(xué)。通過實(shí)際運(yùn)用，取得了很好的教學(xué)效果。

1 傳統(tǒng)放大電路的溫度掃描分析
    在Multisim10的電路窗口中建立如圖1所示共射放大電路。單擊Muhisim10界面菜單“Simulate／Analyses／Temperature Sweep…”(溫度掃描分析)按鈕，在彈出的對(duì)話框Analyses Parameters設(shè)置欄中設(shè)置：掃描方式為線性(Linear)；所要掃描的起始溫度為25℃，終止溫度為100℃；掃描的點(diǎn)數(shù)為2點(diǎn)；分析類型為瞬態(tài)分析(Transient Analyses)；單擊“Edit Analyses”按鈕后設(shè)置掃描起始時(shí)間為0 Sec，終止時(shí)間為0．001 Sec(即一個(gè)信號(hào)周期)；隨后在Output選項(xiàng)中選擇節(jié)點(diǎn)V[2]為待分析的輸出電路節(jié)點(diǎn)。單擊“Simulate”仿真按鈕，即可得到如圖2所示共射放大電路的溫度掃描分析特性曲線及參數(shù)。

    從圖2所示的溫度掃描分析特性曲線及參數(shù)中可以看出，一是圖1所示共射放大電路的輸出電壓呈負(fù)溫度系數(shù)變化，二是當(dāng)溫度從25℃上升到100℃時(shí)，產(chǎn)生的最大輸出電壓偏差為△V0=(540．068 9-508．562 1)mV=31．506 8 mV，大約變化了5．8％。

2 帶恒流源的差分放大電路的溫度掃描分析
    為了使兩種放大電路具有可比性，采用同一個(gè)三極管2N2222A組成的單端輸入、單端輸出接法的帶恒流源的差分放大電路，且信號(hào)源、負(fù)載等電路參數(shù)都相同，在Muhisim10電路窗口中搭建如圖3所示電路，啟動(dòng)仿真開關(guān)，進(jìn)行仿真測(cè)量，如圖4所示。

    由電路分析可知，在差分放大電路，尤其是單端輸出接法的差分放大電路中，增大發(fā)射極電阻，能夠有效地抑制每一邊電路的溫漂，提高共模抑制比。因此在集成運(yùn)放電路中廣泛采用這種由工作在放大區(qū)內(nèi)的三極管構(gòu)成的恒流源電路代替差分電路中的發(fā)射極電阻。這樣，既可以增大了發(fā)射極電阻的阻值，又可以將共模抑制比提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

    單擊Multisim10界面菜單“Simulate／Analyses／TemperatuFe Sweep…”(溫度掃描分析)按鈕，在彈出的對(duì)話框Analyses Parameters設(shè)置欄中設(shè)置：掃描方式為線性(Linear)；所要掃描的起始溫度為25℃，終止溫度為100℃；掃描的點(diǎn)數(shù)為2點(diǎn)；分析類型為瞬態(tài)分析(Transi ent Analyses)；單擊“EditAnalyses”按鈕后設(shè)置掃描起始時(shí)間為0 Sec，終止時(shí)間為0．001 Sec(即一個(gè)信號(hào)周期)；隨后在Output選項(xiàng)中選擇節(jié)點(diǎn)V[6]為待分析的輸出電路節(jié)點(diǎn)。單擊“Simulate”仿真按鈕，即可得到圖3所示帶恒流源的差分放大電路的溫度掃描分析特性曲線及參數(shù)，如圖5所示。

    從圖5所示溫度掃描仿真分析及參數(shù)中可以看出，當(dāng)溫度從25℃上升到100℃時(shí)，帶恒流源的差分放大電路節(jié)點(diǎn)V[6]產(chǎn)生的最大輸出電壓偏差為：
    △V0=(5．510 5-5．471 6)V=0．038 9 V
    100℃時(shí)的輸出電壓幅值僅比25℃時(shí)輸出電壓幅值下降了0．7％左右。
    從以上分析可以得出結(jié)論如下：用Multisim10的溫度掃描分析功能可簡(jiǎn)單、形象地檢測(cè)放大電路的“溫漂”特性，差分放大電路比傳統(tǒng)放大電路確實(shí)具有明顯的“溫漂”抑制作用。單端輸出接法的差分放大電路的電壓放大倍數(shù)是相應(yīng)雙端輸出接法的差分放大電路的電壓放大倍數(shù)的一半；帶恒流源的差分放大電路共模抑制比較普通的放大電路可提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

3 結(jié)束語
    在差分放大電路的教學(xué)中，充分運(yùn)用Multisim10的溫度掃描分析功能，將動(dòng)態(tài)仿真分析與理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率都會(huì)得到大幅度的提高，教學(xué)也會(huì)收到令人滿意的教學(xué)效果。