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1、基于 Multisim 互补输出电路的仿真测试摘 要随着集成电路的广泛应用，其电路的输出级也在不断的变化中，大多数输出电路采用互补输出形式，由于互补输出电路具有输出正负方向对称，双向跟随，带负载能力强等特点，常作为直接耦合多级放大电路的输出级。在集成运放电路输出级中互补输出电路不仅作为其输出级用于带动负载，也作为集成功率放大器的输出级形式。本文介绍了互补输出的基本电路以及两种消除交越失真的互补输出级，并针对选定的晶体管等元件参数，应用 Multisim10.0 进行了仿真，主要包括静态时晶体管基极和发射极电位，以及动态时输入与输出波形的峰值、幅频及失真性等，通过对数据分析，得出该互补电路适合大
2、多数电路输出级设计以及双向跟随特性。关键词：互补输出级,交越失真，Mulitisim10AbstractAlong with the extensive application of integrated circuit, the circuit of the output stage is also in constant change, most of the output circuit using complementary output form, due to complementary output circuit with output positive and negativ
3、e direction symmetry, two-way follow, with strong ability to load characteristics, often as directly coupled multi-stage amplification circuit of the output stage.In the integrated operational amplifier circuit output stage complementary output circuit not only as the output stage is used to drive t
4、he load, also serves as an integrated power amplifier output stage form.This paper introduces the complementary outputs of the basic circuit and two eliminate distortion is complementary output stage, and according to the selected transistor elements such as parameters, the application of multisim10
5、.0 simulation, mainly including static transistor base and emitter potential, as well as dynamic input and output waveform peak, amplitude frequency and distortion, through the analysis of the data that the complementary circuit suitable for most of the output stage circuit design and two-way follow
6、ing characteristics.Keywords: Complementary output stage, crossover distortion, Mulitisim10目 录1 绪 论 .12 互补输出电路的工作原理 .22.1 基本互补输出电路 .22.2 消除交越失真的互补输出级 .33 仿真测试的目的、方法和要求 .53.1 消除互补输出级交越失真电路测试仿真的目的 .53.2 搭建消除互补输出级交越失真的测试电路 .53.3 掌握消除交越失真电路的原理与波形特点 .53.4 仿真内容 .64 对消除互补输出级交越失真的仿真分析 .64.1 搭建基本互补和消除交越失真互补输
7、出级电路 .64.2 静态测试和动态测试 .74.3 仿真测试的分析与结论 .104.3.1 基本互补输出电路的仿真分析 .104.3.2 消除交越失真的互补输出级电路的仿真分析 .105 结语 .106 参考文献 .11第 1 页 共 11 页1 绪 论互补输出电路作为直接耦合多级放大电路的输出级,本文对互补输出电路的基本原理进行了具体阐述，并对其交越失真的产生和如何消除做了说明，至于元件参数的选择，首先通过理论估算，再通过 Multisim 进行仿真，测量了电路的静态工作点，基本做到零输入零输出，结构简单，分立元件的数量相对较少，动态调试效果较好。多级放大电路对输出级的要求：带负载能力强，
8、直流功耗小，负载电阻上无直流功耗，最大不失真输出电压最大。为此采用射极输出形式，减小静态工作电流，保证输入为零时输出为零，双电源供电时 的峰值omU接近电源电压。单电源供电的 峰值接近二分之一电源电压，可以说互omU补输出级是直接耦合的功率放大电路。2 互补输出电路的工作原理对于直接耦合放大电路的输出级,一般有两个基本的要求:一是输出电阻 要低,二是最大不失真输出电压 尽可能高。根据基本放大电路oRomU中晶体管不同接法的特点,共集电极能满足前一个要求,但带上负载后静态工作点会发生变化,且输出不失真电压将会减小。为了能满足上述两个的要求,且做到输入电压为零时输出电压也为零,便产生了双向跟随的互
9、补输出级电路。2.1 基本互补输出电路基本互补输出电路如图 2-1 中（a）所示，其中 为 NPN 型晶体管,1T为 PNP 型晶体管,要求个晶体管的参数相同、特性对称。2T第 2 页 共 11 页假设晶体管有理想的输入特性。设输入电压 为正弦波,当 时, iU0iu导通, 截止, 以射极输出形式将 的正半周信号传递到负载 上,1T21Ti LR输出电压 ，此时正电源 供电,电流 导通如图 2-1(a)中带箭oiuCV1C头的实线所示。与此相反,当 , 导通 , 截止, 以射极输出形式将 的负0i21T2iu半周信号传递到负载 上, 输出电压 。此时负电源 供电,电流LRoiuCV导通如图 2
10、-1(a)中带箭头的虚线所示。这样 和 以互补形式交替工2Ci 12T作、正负电源交替供电,电路实现双向跟随。当输入 的幅值足够大,输iu出电压最大幅值可达到 ，其中 为晶体管的饱和管压降。VCUcesces若考虑晶体管实际输入特性则不难发现,当输入电压 小于 极间的iube开启电压 时, 和 均处于截止状态。也就是说当 时,输出电onU1T2 onU压 才跟随 变化。因此当输入电压为正弦波时,在 过零附近时输出电oui i压 将产生交越失真(见图 2-1(b)。与一般放大电路相同,消除交越失真的方法是设置合适的静态工作点。可以设想:若在静态时 和 均处于临1T2界导通或微导通状态,则当输入信
11、号作用时,即能保证至少有一个晶体管导通,从而实现双向跟随作用。（a）基本电路 （b）交越失真图 2-1互补输出级基本电路及其交越失真图第 3 页 共 11 页2.2 消除交越失真的互补输出级设计消除交越失真现象的电路形式比较多,比较经济和实用的方法是采用二极管或 倍增等电路来避免交越失真的产生。BEU在图 2 所示的电路原理中,静态时从正电源 经 、 、 、CV1RD2到负电源 形成一个直流电流,这必然会在 和 的基极之间( 和2RCVT21b之间)产生电压,即b1212BDU若晶体管 、 和二极管 均采用相同材料制作而成,就可使1T2和 均处于微导通状态。由于二极管的动态电阻很小,可认为 和
12、 的1T2 1T2基极动态电位近似相等,且均约为 即 。iu123bbu对于 倍增电路来说，常应用于集成电路，若 ,则BEU2BI(2-2)34312 4BCEBEERRU合理的选择 ,可以得到 任意倍数的直流电压，同时也可得34R和到 PN 结任意倍数的温度系数，故可以用于温度补偿。为了增大 管和 管的电流放大系数，以减小前级驱动电流，常采T2用复合管结构，考虑到寻找完全对称的 NPN 管和 PNP 管比较困难，因此图 2-2 消除交越失真的互补输出级电路二极管电路 倍增电路BEU(2-1)第 4 页 共 11 页在实用电路中常采用复合管结构，使得管子特性更相近。本文采用二极管电路消除交越失
13、真，其元件参数如下：NPN 型号:2N3903 PNP 型号:2N39053 仿真测试的目的、方法和要求为更好地研究和分析互补输出级消除交越失真、达到带负载能力强和最大不失真输出电压 高的要求,对测试的仿真电路提出了一定的要omU求。3.1 消除互补输出级交越失真电路测试仿真的目的本文对于消除互补输出级交越失真电路进行测试仿真的主要目的:一是掌握消除互补输出级交越失真的方法和工作原理;二是研究有交越失真和无交越失真两种情况下的输出波形的变化特征;三是分析基本互补电路的测试数据和消除交越失真的互补输出级测试数据。3.2 搭建消除互补输出级交越失真的测试电路本文利用 Multisim 仿真软件对互
14、补输出级的消除交越失真电路进行了测试和分析研究。按照特定的电路参数和元器件要求搭建了测试电路,并且对消除交越失真的电路进行虚拟仿真,观察并对比输入、输出波形变化规律,比较基本互补电路的测试数据和消除交越失真的互补输出级的测试数据,从而得出结论。3.3 掌握消除交越失真电路的原理与波形特点为使不加任何措施的基本互补电路产生的交越失真得以消除,在不加输入信号时,应使特性对称的 NPN 和 PNP 两个晶体管提前处于微导通状态,后再加上输入信号,输出电压 的波形将不会产生交越失真,输出波形和输ou入波形具有很好的跟随特性。第 5 页 共 11 页3.4 仿真内容1) 利用直流电压表测量基本互补电路和
15、消除交越失真互补输出级两种电路的晶体管基极电位和发射极电位,得到电路静态工作点的电压值;2) 用示波器观察上述两种电路的输入波形和输出波形,并测试输出电压的幅值,论证其电压跟随特性。4 对消除互补输出级交越失真的仿真分析4.1 搭建基本互补和消除交越失真互补输出级电路搭建基本互补电路和消除交越失真互补输出级两个静态测试电路如图所示。在图 4-1 中,特性对称的晶体管一个采用 NPN 型 2N3903,一个采用 PNP 型 2N3905,二极管选用稳压值约为 721 的 1N4009 两只。mV在实际实验中,几乎不可能得到具有理想对称的 NPN 和 PNP 型晶体管,但在 Multisim 虚拟测试仿真中可以做到。因此,在实验中可看到只受晶体管输入特性影响(不受其他因素影响)所产生的交越
