在完成電路設(shè)計(jì)后， 采用Multisim 仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真， 以檢驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)是否合理、器件選擇是否恰當(dāng)、濾波器截止頻率設(shè)計(jì)是否正確等。仿真電路原理圖如圖3 所示。表1 所示為虛擬信號(hào)發(fā)生器XFG1 參數(shù)設(shè)置， 表2 所示為虛擬示波器XSC1 各通道交流信號(hào)測量結(jié)果以及XBP1 波特圖仿真結(jié)果。

表2 XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果。

XFG1 參數(shù)設(shè)置

表2 XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果。

XSC1 和XBP1 仿真結(jié)果

假設(shè)圖3 中3、4、9 處的交流信號(hào)峰峰值電壓分別為V3、V4、V9， 則由式(5) 可得：

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由表2 結(jié)果和式(12) 可知， 差分比例放大部分的設(shè)計(jì)是正確的。由圖3、式(9) 和表2 結(jié)果可知， 共模濾波器的設(shè)計(jì)是正確的。

仿真電路原理圖

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假設(shè)一階RC 低通濾波器通帶電壓增益為A0， 則其幅頻響應(yīng)可以用式(13) 表示。

式中，ω 為信號(hào)角頻率，ωc為差分濾波器截止角頻率。表3 所示為不同頻率信號(hào)的仿真結(jié)果。由圖3、式(8) 、式(13) 和表3 結(jié)果可知， 差模濾波器的設(shè)計(jì)是正確的。

表3 不同頻率信號(hào)的衰減情況

不同頻率信號(hào)的衰減情況

3 差分放大電路測試

以直流耦合放大電路為例簡要說明測試方法和步驟， 測試框圖如圖4 所示。差分輸入電壓由YOKOGAWACA100 系列小型校驗(yàn)儀產(chǎn)生， 差分輸出電壓由四位半精度的VC9806 + 系列數(shù)字萬用表測量得出。注意， 為了使運(yùn)放工作在線性放大區(qū)， 需要給運(yùn)放提供適當(dāng)?shù)钠秒妷篬 8]。表4 所示為CA100 輸出不同電壓時(shí)VC9806+ 的測試結(jié)果， 結(jié)果表明直流耦合放大電路的差分比例放大倍數(shù)約為21。

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直流信號(hào)放大測試框圖

直流耦合通道交流信號(hào)測試框圖

在直流電壓上疊加交流信號(hào)， 測試交流信號(hào)放大、差分濾波器的設(shè)計(jì)是否正確。測試框圖如圖5 所示。輸入信號(hào)由Fluke282 多信道信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生， 輸出信號(hào)由Tek DPO 4054 示波器測量得出。由于Fluke 282 信號(hào)發(fā)生器的輸出直流偏置電壓受輸出交流信號(hào)幅值的影響， 當(dāng)交流信號(hào)的幅值越小時(shí)， 直流偏置電壓越低， 此時(shí)， 運(yùn)放共模抑制比很低， 而且可能超出運(yùn)放共模輸入電壓范圍。因此， 采用如下方法：Fluke 282 輸出兩路同相位正弦波信號(hào)， 信道1 信號(hào)加在a 端， 參數(shù)設(shè)置為1000 mVpp ，10 Hz， 2.50 V 偏置電壓，0° 主模式； 信道2 信號(hào)加在b 端， 參數(shù)設(shè)置為900 mVpp ，10 Hz，2.50 V 偏置電壓，0° 從模式。示波器測量結(jié)果如表5 所示, 其中CH1、CH2、CH3 、CH4 分別測量TP1、TP2、TP7 、TP8 處交流信號(hào)峰峰值電壓和相位， 設(shè)置CH1 相位為0°。

表5 直流耦合通道交流信號(hào)測試結(jié)果

直流耦合通道交流信號(hào)測試結(jié)果

由表5 可知，VTP1=980.0 mV，VTP2=880.9 mV, 帶入式(5) 和式(6) ， 可得VTP7 =1971 mV，VTP8 =-100.1 mV， 其中VTP1、VTP2、VTP7、VTP8的值均為矢量值。表5 所示峰峰值測量結(jié)果表明交流信號(hào)的放大是正確的。

表6 所示為不同頻率時(shí)，a、b、TP1、TP2 處測試結(jié)果， 結(jié)果顯示通過差分濾波， 實(shí)際信號(hào)衰減稍大于理論值， 這是由信號(hào)發(fā)生器輸出阻抗及電路板寄生電容引起的。

表6 不同頻率時(shí)a、b、TP1、TP2 處測量結(jié)果

不同頻率時(shí)a、b、TP1、TP2 處測量結(jié)果

交流耦合差分放大電路測試方法與交流信號(hào)測試方法相似， 但是， 由于電阻容差、運(yùn)放輸入偏置電流、失調(diào)電壓及隔直電容漏電流等因素的影響， 差分輸出端存在一定直流電壓差， 這與仿真的結(jié)果是不同的。

該差分放大電路可以看成兩路單端同相放大電路的合成。但是， 差分放大電路放大差分信號(hào)， 抑制共模信號(hào)； 兩路輸出信號(hào)之間存在相位差。因此， 采用單端探頭測量差分放大電路時(shí)， 需要同時(shí)考慮信號(hào)的幅值和相位， 以便計(jì)算和分析。

使用雙運(yùn)放搭成的具有儀表放大器輸入結(jié)構(gòu)的差分輸入差分輸出放大電路能有效抑制電路溫度漂移、零點(diǎn)漂移和共模噪聲。在沒有差分探頭時(shí)， 使用單端探頭對(duì)差分放大電路進(jìn)行測試， 并計(jì)算輸入通道信號(hào)失量差和輸出通道信號(hào)矢量差來驗(yàn)證差分信號(hào)的放大， 具有較好的實(shí)用價(jià)值。