单管放大器的设计及仿真及误差分析
课程设计报告
题目：单管放大器的设计与仿真
学生姓名：
学生学号：
系别：
专业：电子信息工程
届别：
指导教师：
电气信息工程学院制
2013年3月
目录
引言……………………………………………………………1任务与要求…………………………………………………2系统方案制定………………………………………………3系统方案设计与实现………………………………………4系统仿真和调试……………………………………………5数据分析……………………………………………………6总结…………………………………………………………7参考文献……………………………………………………
8附录…………………………………………………………
单管放大器的设计与仿真
学生:
指导教师：
电气信息工程学院电子信息工程专业
引言：放大现象存在于各种场合中，例如，利用放大镜放大微小的物体，这是光学中的放大；利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大；利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。而作为电子电路中的放大晶体管放大器是放大电路的基础【1】，也是模拟电子技术、电工电子技术等课程的经典实验项目，实验内容涉及方面广泛。本文已常见的作为集成运放电路的中间级的共射放大电路为讨论对象，一方面，对具体包括模拟电路的一般设计步骤、单管共射放大电路设计方案的拟定、静态工作点的设置与电路元件参数的选取、放大电路性能指标的测量、稳定静态工作点的措施等做阐述。本文采用的是分压式电流负反馈偏置电路设计成的共发射极放大器，对分压式电流负反馈偏置电路能稳定静态工作点的原理作了说明，并将对晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大电路的性能指标与测试方法、放大器的调试技术做阐述。介绍模拟电子电路的一般设计方法和思路，以及Multsim 和Matlab软件的一些基本操作和仿真功能。
1任务与要求 1.1设计的任务：
本文采用的是分压式电流负反馈偏置电路设计成的共发射极放大器，对分压式电流负反馈偏置电路能稳定静态工作点的原理作了说明，并将对晶体管放大器静态工作点的设置与调整方法、放大电路的性能指标与测试方法、放大器的调试技术做阐述。 1.2单管放大器设计的要求：
（1）V 12CC +=V ,Ω=k 3L R ,10mA i =V ，Ω=600s R
（2）40V >A ，k Ω1i >R ，Ω
（3）温度特性好；bjt 的参数对放大器性能影响小；具有最大不失真动态范围。 1.3单管放大器设计的理论基础： 1）选定电路形式
选定为共射放大电路
图1.1
2)选用三极管
因设计要求kHz 100H >f ，H f 的指标要求较高。一般来说，BJT 的T f 愈大，e b'C 、
c
b'C 愈小，
H
f 愈高。故选定BJT 为2N222，其
mA 600CM =I ,V 20(BR)CEO ≥V ,mW 625CM =P .MHz 300T ≥f ，μA 01.0CEO ≤I ,)FE(βh 为60-300。对于小信号电压放大电路，工程上通常要求β的数值大于V A 的数值，故取β=60。
3）设置静态工作点并计算元件参数
由设计要求)(be i i r R R ≈>Ωk 1,取bb'r =200Ω有≈be r CQ(mA)
bb'e b'bb'I mA
26β
+=+r r r mA r R mA I bb i CQ 95.1200
100026
60mV 26)('=-?=-<β
,取mA 0.2CQ =I
取V 7.3V BQ =，V 7.0V BEQ =有k Ω5.10
.27
.07.3V V BEQ
BQ =-=
-≈CQ
e I R ，取E24系列（%5±）标称值，k Ω0.1=e R 由图3.1有
k Ω24~122
10~57.360)105(1
2）（）（=??=-==
CQ
BQ BQ b I V I V R β
取E34系列标称值，Ω=K 302b R
2
12
b b b CC
BQ R R R V V +≈
K Ω607
.3)
7.312(302
1=-?=
-≈BQ
BQ
CC b b V V V R R
取E24系列标称值，Ω=K 571b R
Ω=?+=+=9802
26
60200)mA (mV 26'CQ bb be I r r β
由
L c L R R R //'=，有
K Ω65.060
98
.040A be
V '≈?=
=
β
r R L
K Ω14.165.0365
.03L 'L 'L ≈-?≈-=R R R R R L c
取E24系列标称值，K Ω2=c R
放大电路的通频带主要受电路中存在的各种电容的影响，H f 主要受BJT 结电容及电路中分布电容的限制;L f 主要受耦合电容b1C 、b2C 及旁路电容e C 的影响。 要严格计算b1C 、b2C 及e C 同时作用对L f 的影响，计算较为复杂。通过分析可知，
b1C 、b2C 、e C 愈大，L f 愈低，因此，在工程设计中，为了简化计算，通常采用以b1C 或b2C 或e C 单独作用时的转折频率作为基本频率，再降低若干倍作为下限频率的方法，电容b1C 、b2C 、e C 单独作用时对应的等效回路分别如图4.3（a ）、（b ）、（c ）所示。如果设计要求中，L f 为已知量，则可按下列表达式估算：
)
(21
)
103(be s L b1r R f C +-≥π （a ）
)
(21
)103(L c L b2R R f C +-≥π （b ）
)
1//(21
)
31(be
s e
L e β
π++-≥r R R f C （c ）
一般常取b2b1C C =，可在式中选用回路电阻较小的一式计算。 由于)()(L c be s R R r R +<+，故取b2b1C C =，有
F
)6.8~6.2()
1240600(10021
)10~3()(21)
10~3(be S L b2b1μππ≈-???=+≥=r R f C C
取F/25V 10b2b1μ==C C ，有
F
)159~53()
60
11240
600//1600(10021
)3~1()1//
(21
)
3~1(be
s e L e μπβ
π≈++???≈
++≥r R R f C
取F/25V 100e μ=C
2系统方案制定
3单管放大器的系统方案设计：
3.1 Multsim软件介绍
NI Multisim10软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim10 是一个完整的集成化设计环境。multisim10作为著名的电路设计与仿真软件，不需要真实电路环境介入，具有仿真速度快，精确度高，准确，形象等优点【2】。本文利用multisim10软件进行实验仿真，具体对共射放大电路进行了静态工作点仿真分析、动态分析、瞬态特性分析、灵敏度分析、参数扫面分析，可以动态直观地观察不同参数对放大电路性能指标的影响，对理解实验原理，熟悉实验过程具有很大的帮助，了解了multisim10仿真软件的一些基本仿真功能和应用，提高了运用multisim10实际动手进行电路仿真操作的能力。NI Multisim10计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NI Multisim10软件绝对是电子学教学的首选软件工具
3.2用Multsim软件画电路图的步骤
1.打开Multsim10运用程序。
2.点击File下的New,选择Schematic Capture新建一个界面。
3.在新建界面的右方选择Oscilloscope,用鼠标左键单击，将其移至绘制电路图区
合适的位置，再次单击鼠标左键确定。
4.将鼠标指针移至晶体管器件库图标上，该图标就会变成上凸，并在图标右下方出
现该图标的英文名称。在Component区，借助右侧的滑标，找到2N222，并单击将其选中。放置绘图区的合适位置。
5.在关闭晶体管器件库之后，按照类似的方法，从基本器件库选取所有需要的电阻
类元件及电容类元件等等其他所需元件，放置绘图区的合适位置并按照设计理论设置相关参数，再将其基本器件库关闭。
6.用连线正确的将所有器件连接起来，连接中注意节点的位置。
7.链接好之后，对其进行仿真，进一步验证电路图绘制的正确性。
8.后面的电路图画法将依据以上画法进行。
3.3由以上步骤画出如下设计要求的电路图
图3.3.1 实验电路
3.5按照3.2的要求依次在Multsim 的平台上画出图5.3.2，图5.3.4
由图5.3.2所示测量电路测得信号源的峰值为14.107mV ，实验放大
电路的输入端信号峰值为8.367mV,如图所示，则实验电路的输入电阻为：
Ω≈-?=
-=k 46.1367
.8107.141
367.8S ip
sp ip i R V V V R
3.3.2（测量输入电阻电路及测量参数）
由图5.3.4所示，断开负载电阻L R 后，测得输出电压峰值OLP V ,则实验
电路的输出电阻为：≈-=L OP
OLP O )1(R V V R Ω≈?-k 4.123)1562.9064651
(
，略大于设 计指标。
3.3.4（测量断开负载电阻ＲL 电路及测量参数）
3.4电路工作原理
3.1电路工作原理
4单管放大器的系统仿真和调试
4.1用Multsim实现仿真和调试的步骤
（1）在3.2中已经完成的3.3.1电路图的界面单击左上角的开关按钮，打开开关，点击鼠标左键双击电路图中的示波器，在弹出的图5.4Oscilloscope—XSC1的图形界面上，分别调节Scale至500us/Div,10mV/Div,500mV/Div。这样就会出现如图5.4所示的仿真图。
（2）按照相同的方法在已完成的图3.3.2和图3.3.3的界面上依次仿真出图5.5和图 5.6。并依次调节Scale至500us/Div,20mV/Div,5mV/Div和500us/Div,2mV/Div,2V/Div。
4.2仿真图如下所示
V）图5.4（测量
OLP
5.5测量（VOP ）
5.6（测量输出电阻电路及测量参数）
4.3系统测试与调试
（1） 静态工作点的测试与调整
根据设计，组装后的放大电路，通电前应先用万用表的“Ω”挡检测电源间有无短路现象、电路连接是否正确，然后才可接通电源，检测静态工作点。
为调试方便，1b R 可先用5.1Ωk 固定电阻与由1~100Ωk 电位器构成的可变电阻串联后替代，待调试完成后，根据实测阻值，再用相应的固定电阻取代。
测量静态工作点，应使0S =v ,即将放大电路的交流输入端（耦合电容b1C 的左端）对地短路，然后用万用的直表流电压挡分别测量BJT 的B 、E 、C 极对地电压BQ V 、
EQ V 、CQ V 。测量的目的，一是查看静态工作点是否合适，是否能保证在p ip -V 范围内，
BJT 都工作在放大状态；二是通过检测，确认电路设计、安装、元器件质量好坏等情
况。
如果出现CC CQ V V ≈，说明BJT 工作在截止状态；如果出现V 5.0CEQ 已经饱和。这时，应调整1b R 的大小，即调整可变电阻（电位器）阻值的大小，同时用万用表监测BQ V 、EQ V 、CQ V 的变化。当工作点偏高（靠近饱和区）时，应增加1b R 的阻值，以减小BQ I ；当工作点偏低（靠近截止区）时，应减小1b R 的阻值，以增大BQ I 。如果测得CEQ V 为正几伏，说明BJT 已工作在放大状态。此时可依据BQ V 、EQ V 、CQ V 的数值换算出CQ I ,也可通过测量已知电阻c R 和e R 两端的电压降，换算出对应的CQ I 或 EQ I 。一般在检测电路的在线电流时，多用此法，而不采用断开电路串口电流表的测量方法。虽然测得CEQ V 为正几伏的电压，但并不能说明放大电路的静态工作点已设置在合适的位置，还要进行动态测试，以保证在输入信号i v （或s v ）的全周期内，BJT 都工作在放大状态。 按设计要求，在放大电路的输入端接入mV 10i =v ,kHz 1i =f 的正弦波信号，并用双踪示波器分别监测放大电路输入电压i v 的波形和输出端（负载电阻L R 两端）的输出电压o v 波形，观测o v 正弦波波形是否产生了失真。 如果o v 的波形顶部产生了削波，说明放大电路的静态工作点偏低，电路产生了截止失真，应调大基本偏流BQ I ；如果o v 的波形底部被削波，说明放大电路的静态工作点偏高，电路产生了饱和失真，应调小基极偏流BQ I 。如果逐渐增大输入信号i v 的幅值，输出波形的顶部和底部差不多同时开始产生削波，则说明静态工作点设置得比较合适，这当然是忽略了放大电路静态功耗指标的要求。此时，移去信号源，直接调试，即在忽略BJT 饱和压降CES V 的情况下，使CC CEQ 2/1V V ≈。重新使0i =v 的情况下，测量BQ V =3.6V 、EQ V =2.8V 、CQ V =10.2V 、则可知CEQ V =7.3V 和CQ I =1.8mA ，并移去CC V 断开连线，测量并记录1b R =60K Ω，即为所求。 （2）放大电路动态性能指标的检测 A. 电压放大倍数的测量 测量电压放大倍数，实际上是测量放大电路的输入电压与输出电压的值。在输入信号的中频段，输出波形不失真情况下，测得i V （有效值） 或ip V （峰值）或ipp V =18.8mV （峰峰值）与o V （有效值）或op V （峰值 或opp V =-895.4mV （峰峰值），则ipp opp ip op i o V V V V V V A v = ===|8.184 .895|-=47.6 如果是大致估算，用示波器即可完成测量；如果是精确测量，则使用电子交流毫伏表，示波器只是用来监测输出波形的失真情况，如果输出波形产生了失真，v A 的检测是没有意义的。 B. 输入电阻的测量 工程上常采用如图（B ）所示的串接电阻法来测量放大电路的输入电阻。在信号频率的中频段，给定一正弦波信号，在输出波形不失真的条件下，用电子交流毫伏表或示波器，分别测得s V 与i V 的数值，则 R V V V R i s i i -= = 11.91.141 .9?-k Ω=1.82k Ω 为减小测量误差，一般采取串接的辅助测量电阻R 为与i R 相近似的阻值,取1k Ω。 图（B ） 如图（C ）所示，在输出波形不失真的情况下，测得断开L R 时输出电压oL V 的值和接入L R 后输出电压o V 的值，则 L o o o )1'( R V V R -==3)191.02 .1(?-K Ω=956Ω 为减小测量误差，一般取L R 为与o R 相近的阻值，输入信号为一稳定的中频 信号。 图（C ） C.频率特性的测量 放大电路的频率特性可用波特图示仪测得。 放大电路的幅频特性也可以通过测量不同频率信号作用时的电压放大倍数v A 来获得。工程上通常采用“逐点法”来测量放大电路的幅频特性。在维持输入信号幅值不变、输出波形不失真的情况下，每改变一次输入信号的频率，即用电子毫伏表或示波器测得一个输出电压值，计算对应的电压放大倍数，然后将测量数据i f 、v A （dB ）列表，整理并标于坐标纸上，将逐点测量的结果连接成线，即为所求的幅频特性曲线。 如果只需测量放大电路的同频带BW ，则只需先测出放大电路中频段（如o f =1kHz ）的输出电压o V ，然后分别升高、降低输入信号的频率，直至输出电压降到0.707o V 为止（过程中，应维持输入信号的幅值不变），此时所对应的输入信号的频率即为H f 和 L f ,则 BW =H f -L f 实际测得o V =730mV ，当电压降至0.707o V =516mV 时，测得H f =3.18MHz 和 L f =65Hz ，则 BW=H f -L f ≈3.18MHz C. 动态性能指标调整 对于一个低频放大电路，当然希望电路的稳定性要好，非线性失真要小，电压 放大倍数要大、输入阻抗要大、输出阻抗要低、L f 要低、H f 要高。但这些要求往往很难同时满足。例如，对于图1所示的小信号共射放大电路而言，要提高其电压放大倍 数 依 式 ， v A =be L c r R R //β -，可知有三径： )();();('↑→↑↓→↓↑↑→→↑be i be o c L r R r R R R β。改变c R 及CQ I 会影响放大电路的静态工作点设计。这样看来，只有提高BJT 的β，才是提高电路电压放大倍数的有效措施。 5数据分析 表 一 结论：由以上分析可以看出，静态工作点的的数据VＣＥＱ的实验值与理论值的误差比较小，实验结果较为理想，说明理论计算所运用的等效模型是正确的。 6设计总结 从课程设计本身来说，它是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题、实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。模拟电路的设计确实需要一定的积累经验，一些参数取值是通过先设定的经验值，然后再估算其他参数值，再使用仿真软件对电路仿测试其参数值是否合适，若有偏差还得进行修正，以满足电路的需要，而且有些参数值是可以有一定的浮动，各个参数值之间又相互影响电路的性能，对本设计中调整1e R的阻值，可以提高放大倍数但同时bjt所受温度影响也增加，适当减少放大倍数却可以减少bjt受温度的影响，两者之间的舍取根据实际情况而定。总之通过本次课程设计，不但巩固了以前所学过的模拟电子技术的知识，而且学到了很多在书本上所没学到过的，学会了multisim10仿真 软件的基本操作，会用其设计一些简单的仿真电路，也发现了自己的很多不足之处，知识的漏洞很多，实践经验的缺乏。这些都需要在以后的学习中努力去提高。 7参考文献 [1]华成英、童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2006年 [2]聂典、丁伟.multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].电子工业出版社.2009 [3]华成英、童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2006年 [4]华成英、童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2006年 [5]Pavlovic V.D. Djordjevic S.D. A novel structure of the fully differential cmos amplifier with symmetric active load[J] International Journal of Electronics 2009.04 331-349 [6]Ozcan S Kuntman H A new method aimed at reducing harmonic distortion in active-loader BJT amplifiers Microelectronics Journal 2009.2 683-689 8附录 系统主要功能展示图 x=[2.44,3.39,4.01,4.43,5.20,5.45,5.58,6.38,6.79,7.22]; y1=[2.20,2.97,3.78,4.12,4.99,5.14,5.03,6.16,6.46,7.05]; plot(x,y1,'b:*'); title('表一'); xlabel('V（CEQ）/KΩ理论'); ylabel('V（CEQ）/KΩ实测'); legend('相对误差'); 器件清单： 示波器，滑动变阻器，电阻，极性电容，放大器2N222，交流电压源。 1. 差分放大器的结构、特点及作用 特点： 差分信号作为输出可以增大最大输出压摆。 差分工作模式，能很好抑制环境噪声（如电源噪声），即所谓的共模抑制。虽然这是以电路面积为代价的，但对于在单端模式时采用其它的方法来抑制环境噪声的干扰的电路面积而言还是较小的。 差分电路还具有偏置电路简单和线性度高等优点。 结构： 应用： 2. 基本差分对中的尾电流源的作用 为差分对提供一个电流源I S ，以使差分对具有固定的尾电流，从而产生独立于输入共模信号V ic 的电流I D1+I D2。 在共模输入时差分对管的工作电流I D1=I D2= I S /2，并且保持恒定； 同理，其共模输出电平也保持恒定，且其值为V DD -RI S /2（R 为负载等效电阻）。 解决了由于差分对管在共模输入时的工作电流变化引起非线性及输出信号失真等。 V i1 V i2 V i1V i2 3. 各类差分放大器的增益（共模增益、差模增益）、输入输出共模电平范围、 线性增益区的范围（对所给电路图分析计算） 双端输入双端输出时的差模电压增益 双端输入单端输出差模电压增益 在理想情况下，由于电路的完全对称性，则当输入共模信号时，由于引起差分对管的每边的输出电压的变化量相等，双端输出的电压为0，故电压增益为0。 理想情况下，单端输出共模小信号增益也为0。 4. 各类差分放大器的失调分析（失调的表示方式、原因，减小失调的方法） P83 减小由于输入差分对管不对称所引起的输入失调电压a 、减小输入差分对管MOS 管的阈值电压差，一种有效的方法就是采用离子注入工艺，使输入差分对管的阈值电压一致性较好。b 、减小失调误差的另一种方法是减小由于差分对管的几何尺寸的不对称引入的误差，这可以增大差分对管的尺寸，从而减小ΔW/W 与ΔL/L 的值（但这会造成输入差分对管具有大的寄生电容）来实现，并且通过提高光刻精度以减小ΔW/W 与ΔL/L 的误差值。 5. 差分放大器共模抑制能力的表示方式 R g V V V m i o o -=-)2)(121R g m 2 1 - 定量分析中的误差及有效数字练习题 定量分析中的误差及有效数字练习题 一、填空题： 1在分析过程中，读取滴定管读数时，最后一位数字n 次读数不一致，对分析结果引起的误差属于______________ 误差。 答案：偶然误差 2标定HCI溶液用的NaOH标准溶液中吸收了C02 , 对分析结果所引起的误差属于______________ 差。 答案：系统误差中的试剂误差（你们可答系统误差或试剂误差） 3移液管、容量瓶相对体积未校准，由此对分析结果引起的误差属于___________ 差。 答案：系统误差中的仪器误差（你们可答系统误差或仪器误差） 4在称量试样时，吸收了少量水分，对结果引起的误差是属 于___________ 差。 答案：系统误差中的操作误差（你们可答系统误差或操作误差） 5标定NaOH溶液浓度时，所用的基准物邻苯二甲酸氢钾中含有少量的邻苯二甲酸，对标定结果将产生__________ 误差。 答案：负 6用减量法称取试样，使用了一只磨损的砝码，将对测 定结果产生_______ 差。 答案：正 7在定量分析中, ________ 误差影响测定结果的精密 度；_____ 差影响测定结果的准确度。 答案：偶然；系统 8偶然误差服从 ________ 律，因此可采取 _________ 的措施减免偶然误差。 答案：正态分布，平行多次操作 9不加试样，按照试样分析步骤和条件平行进行的分析试验，称为_________ 。通过它主要可以消除由试剂、蒸馏水及器皿引入的杂质造成的_______ 。 答案：空白试验。仪器和试剂误差 10系统误差的减免是采用校正仪器以及做 ___________ 试验、试验和空白试验等办法减免的，而偶然误差则是采用增加_________ 的办法，减小偶然误差。 目录 1. 设计指标 (1) 2. 运算放大器主体结构的选择 (1) 3. 共模反馈电路（CMFB）的选择 (1) 4. 运算放大器设计策略 (2) 5. 手工设计过程 (2) 5.1 运算放大器参数的确定 (2) 5.1.1 补偿电容Cc和调零电阻的确定 (2) 5.1.2 确定输入级尾电流I0的大小和M0的宽长比 (3) 5.1.3 确定M1和M2的宽长比 (3) 5.1.4确定M5、M6的宽长比 (3) 5.1.5 确定M7、M8、M9和M10宽长比 (3) 5.1.6 确定M3和M4宽长比 (3) 5.1.7 确定M11、M12、M13和M14的宽长比 (4) 5.1.8 确定偏置电压 (4) 5.2 CMFB参数的确定 (4) 6. HSPICE仿真 (5) 6.1 直流参数仿真 (5) 6.1.1共模输入电压范围（ICMR） (5) 6.1.2 输出电压范围测试 (6) 6.2 交流参数仿真 (6) 6.2.1 开环增益、增益带宽积、相位裕度、增益裕度的仿真 (6) 6.2.2 共模抑制比（CMRR）的仿真 (7) 6.2.3电源抑制比（PSRR）的仿真 (8) 6.2.4输出阻抗仿真 (9) 6.3瞬态参数仿真 (10) 6.3.1 转换速率（SR） (10) 6.3.2 输入正弦信号的仿真 (11) 7. 设计总结 (11) 附录（整体电路的网表文件） (12) 采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计 1. 设计指标 5000/ 2.5 2.551010/21~22v DD SS L out dias A V V V V V V GB MHz C pF SR V s V V ICMR V P mW μ>==?== >=±=?≤的范围 2. 运算放大器主体结构的选择 图1 折叠式共源共栅两级运算放大器 运算放大器有很多种结构，按照不同的标准有不同的分类。从电路结构来看, 有套筒 式共源共栅、折叠式共源共栅、增益提高式和一般的两级运算放大器等。本设计采用的是如图1所示的折叠式共源共栅两级运算放大器，采用折叠式结构可以获得很高的共模输入电压范围，与套筒式的结构相比，可以获得更大的输出电压摆幅。 由于折叠式共源共栅放大器输出电压增益没有套筒式结构电压增益那么高，因此为了得到更高的增益，本设计采用了两级运放结构，第一级由M0-M10构成折叠式共源共栅结构，第二级由M11-M14构成共源级结构，既可以提高电压的增益，又可以获得比第一级更高的输出电压摆幅。 为了保证运放在闭环状态下能稳定的工作，本设计通过米勒补偿电容Cc 和调零电阻Rz 对运放进行补偿，提高相位裕量！ 另外，本文设计的是全差分运算放大器，与单端输出的运算放大器相比较，可以获得更高的共模抑制比，避免镜像极点及输出电压摆幅。 3. 共模反馈电路（CMFB ）的选择 由于采用的是高增益的全差分结构，输出共模电平对器件的特性和失配相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路（CMFB ）来检测两个输出端 . Word文档资料临床科研设计与分析试卷(带答案) 适用围： __________ 出题教师： __________ 题型得分单选题名词解释简答题论述题总分1. 资料整理的基础工作和资料分析的首要工作是对资料进行： ( ) A. 审核B. 演绎分析C. 归纳分析D. 分类 2. 查得资料比较杂乱，没有时代特点，属于哪种文献检索的特点：( ) A. 引文查找法B. 顺差法C. 综合查找法D. 逆差法 3. 某医生用针刺疗法治疗三种不同的疾病，目的在于弄清：针刺治疗对哪种病疗效最好，三种病人分别在甲、乙、丙三组接受相同的辅助治疗。 该医生每天依次给甲、乙、丙三组病人（每组30人）一一扎针，这样做人为产生了： ( ) A. 重复误差B. 随机误差C. 条件误差D. 抽样误差 4. 实验研究变量的三个组成部分是： ( ) A. 实验变量、过程变量和无关变量B. 实验变量、效果变量和无关变量C. 效果变量、过程变量和无关变量D. 效果变量、目标变量和有关变量 5. 为了避免重复劳动，提高科学研究的效益，必要的工作是： ( ) A. 文献检索B. 选定课题C. 课题论证D. 历史分析 6. 根据访谈过程是否有严格设计的访谈提纲，可以把访谈调查分为： ( ) A. 结构性访谈调查和非结构性访谈调查 B. 个别访谈调查和集体访谈调查C. 访谈调查和网络访谈调查D. 一次性访谈调查和重复性访谈调查7. 研究生没有公开发表的学位论文属于类文献： ( ) A. 教育档案B. 书籍C. 其他D. 报刊8. 书目属于文献等级中的： ( ) A. 一次文献B. 四次文献C. 二次文献D. 三次文献9. 反映实验自变量与因变量的因果关系的真实性，决定实验结果解释的是： ( ) A. 在效度 B. 生态效度C. 外在效度D. 总体效度10. 许多人习惯用单因素设计取代多因素设计，这样做在什么情况下易得出错误的结论： ( ) A. 因素之间独立时B. 样本含量较小时C. 因素之间有交互作用时D. 实验者操作不太熟练时11. 开展一项科学研究，何时开始运用统计学知识： ( ) A. 从最初的试验设计开始B. 有了试验数据之后C. 从计算机算出结果开始D. 有了试验设计之后12. 以下属于三次文献的是： ( ) A. 索引B. 手册C. 论文D. 文摘13. 为了研究一组因素X1，X2，，Xg对一组肺癌患者生存时间长短的影响，对病人进行追踪随访观察，观察结果分为两档，，即病人生存时间?2年和?2年，考察的危险因素有治疗方法（4种）、治疗前 影响运放电路的误差的几个主要参数(KCMR,VIO,Iib,Iio等) 1. 共模抑制比KCMR为有限值的情况 集成运放的共模抑制比为有限值时，以下图为例讨论。 VP=Vi VN=Vo 共模输入电压为： 差摸输入电压为： 运算放大器的总输出电压为：vo=AVDvID+AVCvIC 闭环电压增益为： 可以看出，Avd和Kcmr越大，Avf越接近理想情况下的值，误差越小。 2.输入失调电压VIO 一个理想的运放，当输入电压为0时，输出电压也应为0。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称。通常在输入电压为0时，存在一定的输出电压。 解释一：在室温25℃及标准电源电压下，输入电压为0时，为使输出电压为0，在输入端加的补偿电压叫做失调电压。 解释二：输入电压为0时，输出电压Vo折合到输入端的电压的负值，即VIO=- VO|VI=0/AVO 输入失调电压反映了电路的对称程度，其值一般为±1~10mV 3.输入偏置电流IIB BJT集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流IBN和IBP。输入偏置电流是指集成运放输出电压为0时，两个输入端静态电流的平均值。 输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时，将引起偏置电流增加。偏置电流越小，由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也越小。其值一般为10nA~1uA。 4.输入失调电流IIO 在BJT集成电路运放中，当输出电压为0时，流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO=|IBP-IBN| 由于信号源内阻的存在，IIO会引起一个输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为0。它反映了输入级差分对管的不对称度，一般约为 1nA~0.1uA。 5.输入失调电压VIO、输入失调电流IIO不为0时，运算电路的输出端将产生误差电压。 设实际的等效电路如下图大三角符号，小三角符号内为理想运放，根据VIO和IIO的定义画出。 一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图 全差分运算放大器设计 岳生生（200403020126） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择 运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11 1357 113 51 3 57 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=-+ 第二级增益 9 2 2 9112 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- + 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r = = ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 专业课程设计任务书 第一周课题（四选一） 1．1M调幅接收机设计 要求：中心频率f0=1MHz，低频信号频率f m=10kHz。 2．锁相频率合成器设计 要求：锁相环使用C4046芯片，频率范围为10k~100k，步进10k。 3．LC低通滤波器设计 要求：设计一五阶Butterworth低通滤波器，截止频率为1.6MHz，输入、输出阻抗为50Ω 4．差分编码器（码发生器和编码器）设计 要求：码发生器输出一n=4的m序列伪码，码元传输速率10kB 第二周课题（三选一） 5．FSK调制解调系统设计 要求：码元传输速率1kB，载波频率分别为300kHz和600kHz 6．高频小信号放大器设计 要求：中心频率f0=1MHz，通频带30kHz<2Δf0.7<50kHz，电压增益不低于15dB 7．高频LC振荡电路设计制作 要求：（1）设计一个LC正弦波振荡电路 （2）电路采用单电源12V （3）可采用考毕兹，克拉波或西勒振荡器电路稳定输出频率 （4）振荡频率在1-2MHz连续可调 （5）在频率范围内输出峰峰值大于4V且无明显失真 课题一 课程设计报告内容索引 内容页码 1、课程设计题目 (5) 2、主要技术指标（电路功能及其精度等） (5) 3、方案论证及选择 (5) 4、系统组成框图 (8) 5、单元电路设计及说明 (9) 6、总体电路图 (10) 7、元器件列表 (10) 8、总结 (10) 9、参考文献 (11) 一、课程设计题目 差分编码器设计 要求：码发生器输出N=4的序列伪码，码元传输速率10KB 二、主要技术指标 1、码发生器输出n=4的序列伪码 2、码元传输速率为10KB 三、方案论证及选择 方案一 1基本原理： DQPSK（Differential QuadriPhase-Shift Keying，差分四相正交相移健控）是在QPSK（四相正交绝对调相）的基础上作的改进，它克服了QPSK信号载波的相位模糊问题，用相邻码元之间载波相位的相对变化来表示两位二进制数字信息。常用的DQPSK系统的方框图如图1所示，信息源来的信码先通过串/并变换电路分成两路并行二进制信号，再送入差分编码器实现两路二进制（即四进制）的差分编码。由于格雷码有其自身的优点，即判决接收到一个信号码元时，如发生错误，最容易判为它相邻的信号码元，即最多错一比特，所以送入QPSK四相绝对调制器要用格雷码。由于差分编码器是对自然二进制作差分编码，所以要在差分编码器和QPSK调制器之间做一个二－格变换电路，把双比特自然二进制码变换为双比特格雷码，再输入QPSK调制器。 临床科研设计模拟试题多套附答案 《临床科研设计》模拟试题 试题1： 一、单项选择题（10分） 1、在下列研究设计方法中，按临床科研设计论证强度排列，一般认为最强的是：C A、前瞻性队列研究 B、病例对照研究 C、随机对照研究 D、横断面调查 2、在科研选题、立题时，不必考虑下列哪项因素：C A、可行性 B、价值和水平 C、临床阳性结果 D、临床意义 3、在选研究方法时应当考虑的因素中，最重要的是：A A、科研目的 B、可行性 C、样本量 D、创新性 4、研究设计中要估计样本量，主要是因为：B A、样本量过小容易犯第二类错误 B、样本量过小容易犯第一类错误 C、样本量过大会影响结果的准确性 D、样本越大，可行性越差 5、研究对象分组方法设计最重要的指导思想是：A A、两组研究前的基线状况一致 B、两组研究条件要一致 C、两组分组方法要一致 D、两组研究对象年龄、性别要一致 6、分层分析可控制C A、选择偏倚 B、信息偏倚 C、混杂偏倚 D、信息偏倚和混杂偏倚 7、用住院病人作研究对象容易发生：A A、选择偏倚 B、信息偏倚 C、混杂偏倚 D、选择偏倚和混杂偏倚 8、采用拉丁方设计具有如下要求，但不包括：D B A、三个研究因素 B、水平数可以不等 C、利用标准方 D、不考虑交互作用 9、三个因素各两水平，若采用析因分析设计时，至少要设的组数：B C A、5 B、6 C、8 D、9 10、被认为是论文核心部分的是：B A、材料与方法 B、结果 C、讨论 D、摘要 二、填空题（10分） 1、临床科研选题原则有：创新性原则、科学性原则、可行性原则、需要性原则、效益性原则。 2、临床科研设计的原则有：随机化原则、盲法原则、对照原则、重复原则。 3、临床科研设计的要素是：处理因素、受试对象、试验效应。 三、简答题（28分） 1、简述临床科研的基本步骤。五步骤：科研选题，科研设计，实施方法，设计分析和总结归纳。 2、为什么说偏倚是系统误差，它具有哪些基本属性？系统误差 加法器及差分放大器项目实验报告 一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)25(21i i O U U U +-=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电 压波形。 C ：输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。 D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，改变正弦波的频率，从1kHz 逐渐增加，步长为 2kHz ，测量该加法器的幅频特性。 2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系：21i i O U U U +=。 （2）设计条件 电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压 波形。 （二）、差分放大器 1、任务目的： （1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理； （3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容 2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下： （1）电路指标 运算关系:)(521i i O U U U --=。 输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。 （2）设计条件 思考题 1. 指出在下列情况下，各会引起哪种误差如果是系统误差，应该用什么方法减免 (1) 砝码被腐蚀； 答：引起系统误差(仪器误差)，采用校准砝码、更换砝码。 (2) 天平的两臂不等长； 答：引起系统误差(仪器误差)，采用校正仪器(天平两臂等长)或更换仪器。 (3) 容量瓶和移液管不配套； 答：引起系统误差(仪器误差)，采用校正仪器(相对校正也可)或更换仪器。 (4) 试剂中含有微量的被测组分； 答：引起系统误差(试剂误差)，采用空白试验，减去空白值。 # (5) 天平的零点有微小变动； 答：随机(偶然)误差。 (6) 读取滴定管体积时最后一位数字估计不准； 答：随机(偶然)误差。采用读数卡和多练习，提高读数的准确度。 (7) 滴定时不慎从锥形瓶中溅出一滴溶液； 答：过失，弃去该数据，重做实验。 (8) 标定HCl 溶液用的NaOH 标准溶液中吸入CO2。 答：系统误差(试剂误差)。终点时加热，除去CO2，再滴至稳定的终点(半分钟不褪色)。 2. 判断下列说法是否正确 (1) 要求分析结果达到%的准确度，即指分析结果的相对误差为%。 | (2) 分析结果的精密度高就说明准确度高。 (3) 由试剂不纯造成的误差属于偶然误差。 (4) 偏差越大，说明精密度越高。 (5) 准确度高，要求精密度高。 (6) 系统误差呈正态分布。 (7) 精密度高，准确度一定高。 (8) 分析工作中，要求分析误差为零。 (9) 偏差是指测定值与真实值之差。 (10) 随机误差影响测定结果的精密度。 (11) 在分析数据中，所有的“0”均为有效数字。 … (12) 方法误差属于系统误差。 (13) 有效数字中每一位数字都是准确的。 (14) 有效数字中的末位数字是估计值，不是测定结果。 全差分套筒式运算放大器设计 1、设计内容 本设计基于经典的全差分套筒式结构设计了一个高增益运算放大器，采用镜像电流源作为偏置。为了获得更大的输出摆幅及差模增益，电路采用了共模反馈及二级放大电路。 本设计所用到的器件均采用SMIC 0.18μm的工艺库。 2、设计要求及工艺参数 本设计要实现的各项指标和相关的工艺参数如表1和表2所示： 3、放大器设计 3.1 全差分套筒式放大器拓扑结构与实际电路 图1 全差分套筒式放大器拓扑结构 图2 最终电路图 3.2 设计过程 在图1中，Mb1和M9组成的恒流源为差放提供恒流源偏置，且M1，M2完全一样，即两管子所有参数均相同。Mb2、M7和M8构成了镜像电流源，M5、M6和M7、M8构成了共源共栅电流源，M1、M2、M3、M4构成了共源共栅结构，可以显著提高输出阻抗，提高放大倍数（把M3的输出阻抗提高至原来的（gm3 + gmb3）ro2倍。但同时降低了输出电压摆幅。为了提高摆幅，控制增益，在套筒式差分放大器输出端增加二级放大。 本设计中功率上限为10mW，可以给一级放大电路分配3mA的电流。设计要求摆幅为3V，所以图1中M1、M3、M5、M9的过驱动电压之和不大于1.8-3/2=0.3V。我们可以平均分配每个管子的过驱动电压。根据漏电计算流公式(1)（考虑沟道长度调制效应），可以计算出每个管子的宽长比。 I D=1 2μn C ox W L (V GS?V TH)2(1+λV DS)(1) 其中，C ox等于ε/t ox，μn和t ox可以从工艺库中查找。 4、仿真结果 经过调试优化之后的仿真结果如以下各图所示： 图3 增益及相位裕度 从图中可以看出，本设计的低频增益达到了74.25dB，达到了预期要求。3dB 带宽为35kHz左右，比较小，可见设计还有改进的余地。 当CL为2pF时，相位裕度： PM=180°+∠βH(ω)=180°?125.5°=54.5° 电源电压为1.8V时，输出摆幅如下图所示，达到了3V。 全差分运算放大器设计 岳生生（0126） 一、设计指标 以上华CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： 直流增益：>80dB 单位增益带宽：>50MHz 负载电容：＝5pF 相位裕量：>60度 增益裕量：>12dB 差分压摆率：>200V/us 共模电压：(VDD=5V) 差分输入摆幅：>±4V 运放结构选择 运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的 ,DSAT N V 之和小于，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于。对于单 级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 性能指标分析 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 1 1 1 3 5 7 1 1 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益9 2 2 9 11 2 9 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=-+P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 1）、输入级： max 1max |2| Cc out DS C C d SR dt I v I C C = = = 单位增益带宽1m u C g C ω= ，可以得到 1m C u g C ω = 《电子技术计算机绘图基础》 设 计 报 告 题目：差分放大器仿真 学院：通信与信息工程学院 专业班级：电子信息工程 学号： 学生姓名： 指导教师： 差分放大器的仿真 一、设计描述 1、设计目的和任务 1).熟悉差分放大器的工程估算，掌握差分放大器静态工作点的调整与测试方法。 2).能够掌握差分放大器性能指标的测试方法。 3).能够掌握multisim 和protel 的基本用法，做出Multisim 仿真图、Protel 原理图、PCB 板，从而加深理解差分放大器的性能特点。 4).熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。 2、原理分析 （1）基本原理 差分放大器是一种特殊的直接耦合放大器，它能有效的抑制零点漂移；它的基本性能是放大差模信号、抑制共模信号；常用共模抑制比来表征差分放大器对共模信号的抑制能力；稳流电阻的增加可以提高共模抑制比；但稳流电阻不能太大，因此采用恒流源取代稳流电阻，从而进一步的提高共模抑制比。 （2）静态工作点的调整 实验电路通过调节电位器R p 使两个三极管的集电极电压相等来调节电路的对称性，完成电路的调零。 （3）静态工作点的测量 静态工作点的测量就是测出三极管各电极对地直流电压V BQ 、V EQ 、V CQ ，从而计算得到V CEQ 和V BEQ 。而测量直流电流时，通常采用间接测量法测量，即通过直流电压来换算得到直流电流。这样即可以避免更动电路，同时操作也简单。 EQ CQ CEQ V V V -= EQ BQ BEQ V V V -= e EQ EQ R V I = C CQ CC CQ )(R V V I -= （4）电压放大倍数的测量 差分放大器有差模和共模两种工作模式，因此电压放大倍数有差模电压放大倍数和共模电压放大倍数两种。 在差模工作模式下，差模输出端U od1是反相输出端，U od2是同相输出端，则差模电压放大倍数为： ud2 ud1ud A A A += ud2 i od2i od1ud1 A U U U U A -=- == 在共模工作模式下，共模输出端U oc1、U oc2均为反相输出端，则共模电压放大倍数为： uc2 uc1uc A A A -= uc2 i oc2i oc1uc1 A U U U U A == = 电路的共模抑制比K CMR 为： 第4节 差分放大器设计 [学习要求] 掌握差分放大器的主要特性参数及其测试方法；学会设计具有恒流源的差分放大器及电路的调试技术。 [重点与难点] 重点：差分放大器的传输特性及差模特性。 难点：恒流源的镜像电流；输入输出信号的连接方式对性能的影响。 [理论内容] 一、具有恒流源的差分放大器 具有恒流源的差分放大器，应用十分广泛。特别是在模拟集成电路中，常作为输入级或中间放大级，电路如图1所示。其中，T 1、T 2称为差分对管，常采用双三极管如5G921或BG319等，它与电阻R Bl 、R B2、R Cl 、R C2及电位器RP 共同组成差分放大器的基本电路。T 3、T 4与电阻R E3、R E4、R 共同组成恒流源电路，为差分对管的射极提供恒定电流。均压电阻R 0I 1、R 2给差分放大器提供对称差模输入信号。晶体管T 1与T 2、T 3与T 4的特性应相同，电路参数应完全对称，改变RP 可调整电路的对称性。由于电路的这种对称性结构特点及恒流源的作用，无论是温度的变化，还是电源的波动(称之为共模信号)，对T 1、T 2两管的影响都是一样的。因此，差分放大器能有效地抑制零点漂移。 图1具有恒流源的差分放大器 1、输入输出信号的连接方式 如图1所示，差分放大器的输入信号与输出信号可以有4种不同的连接方 .id V . od V 式： ·双端输入—双端输出连接方式为①—A'—A ，②—B'—B ；③—C ，④—D 。 ·双端输入—单端输出连接方式为①—A'—A ，②—B'—B ；③、④分别接一电阻 RL 到地。 ·单端输入—双端输出连接方式为①—A ，②—B —地：③—C ，④—D 。 ·单端输入—单端输出连接方式为①—A ，②—B —地：③、④分别接一电阻R L 到地。 连接方式不同，电路的特性参数有所不同。 2、静态工作点的计算 静态时，差分放大器的输入端不加信号。对于恒流源电路的电流值 .id V 0 4444422I I I I I I I Q C Q C Q C Q C Q B R ≈≈+=+=β （1） 故称为0I R I 的镜像电流，其表达式为 407.0E EE R R R V V I I +??== （2） 上式表明，恒定电流主要由电源电压0I EE V ?及电阻R 、4E R 决定 对于差分对管T1、T2组成的对称电路，则有 2021I I I Q C Q C == （3） 21 01121C CC C Q C CC Q C Q C R I V R I V V V ?=?== （4） {}(){}mA I mV mA I mV r mA mA E be ?++?=?++?=226130026)1(3000ββ （5） 可见差分放大器的静态工作点，主要由恒流 源电流的大小决定 0I 二、主要特性参数及其测试方法 1、传输特性 传输特性是指差分放大器在差模信号输 实验五差动放大电路 (本实验数据与数据处理由果冻提供,仅供参考,请勿传阅.谢谢~) 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 R P用来调节T1、T2管的静态工作点， V i＝0时， V O＝0。R E为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用,可以有效抑制零漂。 差分放大器实验电路图 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、晶体三极管3DG6×3， T1、T2管特性参数一致，或9011×3,电阻器、电容器若干。 四、实验内容 1、典型差动放大器性能测试 开关K拨向左边构成典型差动放大器。 1) 测量静态工作点 ①调节放大器零点 信号源不接入。将放大器输入端A 、B 与地短接，接通±12V 直流电源，用直流电压表测量输出电压V O ，调节调零电位器R P ，使V O ＝0。 ②测量静态工作点 再记下下表。 2) 测量差模电压放大倍数(须调节直流电压源Ui1=0.1V ,Ui2=-0.1V) 3) 测量共模电压放大倍数 理论计算：(r be =3K .β=100. Rp=330Ω) 静态工作点: E3 BE EE CC 212 E3 C3R V )V (V R R R I I -++≈≈=1.153mA I c Q =I c 3/2=0.577mA, I b Q =I c /β=0.577/100=5.77ｕA U CEQ =V cc-I c R c+U BEQ =12-0.577*10+0.7=6.93V 双端输出:(注:一般放大倍数A 的下标d 表示差模,下标c 表示共模,注意分辨) P be B C i O d β)R (12 1 r R βR △V △V A +++- ===-33.71 A c 双 =0. 全差分运算放大器设计 岳生生（6） 一、设计指标 以上华0.6um CMOS 工艺设计一个全差分运算放大器，设计指标如下： ?直流增益：>80dB ?单位增益带宽：>50MHz ?负载电容：＝5pF ?相位裕量：>60度 ?增益裕量：>12dB ?差分压摆率：>200V/us ?共模电压：2.5V (VDD=5V) ?差分输入摆幅：>±4V 二、运放结构选择 运算放大器的结构重要有三种：（a ）简单两级运放，two-stage 。如图2所示；（b ）折叠共源共栅，folded-cascode 。如图3所示；（c ）共源共栅，telescopic 。如图1的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V ，即输出端的所有NMOS 管的,DSAT N V 之和小于0.5V ，输出端的所有PMOS 管的 ,DSAT P V 之和也必须小于0.5V 。对于单级的折叠共源共栅和直接共源共栅两种结构，都比较难达到该 要求，因此我们采用两级运算放大器结构。另外，简单的两级运放的直流增益比较小，因此我们采用共源共栅的输入级结构。考虑到折叠共源共栅输入级结构的功耗比较大，故我们选择直接共源共栅的输入级，最后选择如图1所示的运放结构。两级运算放大器设计必须保证运放的稳定性，我们用Miller 补偿或Cascode 补偿技术来进行零极点补偿。 三、性能指标分析 1、 差分直流增益 (Adm>80db) 该运算放大器存在两级：（1）、Cascode 级增大直流增益（M1-M8）;（2）、共源放大器（M9-M12） 第一级增益 1 3 5 11135711 3 5 1 3 5 7 5 3 ()m m m o o o o o m m m m o o o o m m g g g g g g G A R r r r r g g r r r r =-=-=- +P 第二级增益 9 2 291129 9 11 ()m o o o m m o o g g G A R r r g g =-=-=- +P 整个运算放大器的增益： 4 1 3 5 9 1 2 1 3 5 7 5 3 9 11 (80)10m m m m overall o o o o m m o o dB g g g g A A A g g g g r r r r == ≥++ 2、 差分压摆率 （>200V/us ） 转换速率（slew rate ）是大信号输入时，电流输出的最大驱动能力。 定义转换速率SR ： 设计课题 设计一个具有恒流偏置的单端输入-单端输出差分放大器。 学校：延安大学 一： 已知条件 正负电源电压V V V V EE cc 12,12-=-+=+；负载Ω=k R L 20；输入差 模信号mV V id 20=。 二：性能指标要求 差模输入电阻Ω>k R id 10；差模电压增益15≥vd A ；共模抑制 比dB K CMR 50>。 三：方案设计及论证 方案一： 方案二 方案论证： 在放大电路中，任何元件参数的变化，都将产生输出电压的漂移，由温度变化所引起的半导体参数的变化是产生零点漂移的主要原因。采用特性相同的管子使它们产生的温漂相互抵消，故构成差分放大电路。差分放大电路的基本性能是放大差模信号，抑制共模信号好，采用恒流源代替稳流电阻，从而尽可能的提高共模抑制比。 论证方案一：用电阻R6来抑制温漂 ?优点：R6 越大抑制温漂的能力越强； ?缺点：<1>在集成电路中难以制作大电阻； <2> R6的增大也会导致Vee的增大（实际中Vee不 可能随意变化） 论证方案二 优点：（1）引入恒流源来代替R6,理想的恒流源内阻趋于无穷，直流压降不会太高，符合实际情况； （2）电路中恒流源部分增加了两个电位器，其中47R的用来调整电路对称性，10K的用来控制Ic的大小，从而调节静态工作点。 通过分析最终选择方案二。 四：实验工作原理及元器件参数确定 ?静态分析：当输入信号为0时， ?I EQ≈(Vee-U BEQ)/2Re ?I BQ= I EQ /(1+β) ?U CEQ=U CQ-U EQ≈Vcc-I CQ Rc+U BEQ 动态分析 ?已知：R1=R4,R2=R3 差分放大电路 实验报告 姓名：黄宝玲 班级：计科1403 学号：201408010320 实验摘要（关键信息） 实验目的：由于差分放大器是运算放大器的输入级，清楚差分放大电路的工作原理，有助于理解运放的工作原理和方式。通过实验弄清差分放大器的工作方式和参数指标。这些概念有：差模输入和共模输入；差模电压增益Avd和共模电压增益Avc；共模抑制比Kcmr。 实验内容与规划： 1、选用实验箱上差分放大电路；输入信号为Vs=300mV，f=3KHz正弦波。 2、发射极先接有源负载，利用调零电位器使得输出端电压Vo=0。（Vo=Vc1-Vc2） 3、在双端输入和单端输入差模信号情况下，分别测量双端输出的输入输出波形，计算各自的差模放大倍数Avd。 4、在双端输入共模信号情况下，分别测量双端输出的输入输出波形，计算双端输出共模放大倍数Avc。 5、计算共模抑制比Kcm R 。 最好作好记录表格，因为要记录的数据较多。电路中两个三极管都为9013。 实验环境（仪器用品等） 1.仪器：示波器（DPO 2012B 100MHZ 1GS/s） 直流电源（IT6302 0~30V,3Ax2CH/0~5V,3A） 台式万用表（UT805A） 模拟电路实验箱（LTE-AC-03B）。 2、所用功能区：单管、多管、负反馈放大电路。 实验原理和实验电路 1、实验原理： 差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。 概念梳理： 差模和共模是对于差动放大电路的两个输入端而言的。 A ）差模输入：差动放大电路的两管基极输入的信号幅度相等、极性相反，这样的信号称为差模信号，这样的输入称为差模输入。 差模信号Vid ：即差模输入的两个输入信号之差。 B ）共模输入：差动放大电路的两管基极输入的信号幅度相等、极性相同，这样的信号称为共模信号，这样的输入称为共模输入。 共模信号Vic ：即共模输入的两个输入信号的算数平均值。 C ）差模电压增益Avd ：指差动放大电路对差模输入信号的放大倍数。差模电压增益越大，放大电路的性能越好。 = D ）共模电压增益Avc ：指差动放大电路对共模输入信号的放大倍数。共模电压增益越小，放大电路的性能越好。 = E ）共模抑制比Kcmr ：指差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，它表明差动放大电路对共模信号的抑制能力。 =20lg| |（dB ） =| | 2、实验电路： SW1 SW-SPDT Q1 NPN Q2 NPN Q3 NPN R1 510 R2 510 R3 10k R4 10k R5 10k R6 10k R7 10k R8 5.1K R9 68K R10 36K RV1 100 R9(1) R10(2) A B C D AM FM + -差分放大器的结构、特点及作用
定量分析中的误差及有效数字练习题
采用折叠式结构的两级全差分运算放大器的设计
临床科研设计与分析试卷(带答案)
影响运放电路的误差的几个主要参数(精)
差分运算放大器基本知识
全差分运算放大器设计
差分编码器设计和高频小信号放大器的设计
临床科研设计模拟试题多套附答案
加法器及差分放大器项目实验报告
第7章 定量分析中的误差及有效数字答案
全差分套筒式运算放大器设计
全差分运算放大器设计
差分放大器仿真
差分放大器设计
差动放大电路_实验报告
全差分运算放大器设计说明
差分放大器设计的实验报告
实验八_差分放大器实验报告