在完成電路設計后， 采用Multisim 仿真軟件對電路進行仿真， 以檢驗電路結構是否合理、器件選擇是否恰當、濾波器截止頻率設計是否正確等。仿真電路原理圖如圖3 所示。表1 所示為虛擬信號發生器XFG1 參數設置， 表2 所示為虛擬示波器XSC1 各通道交流信號測量結果以及XBP1 波特圖仿真結果。

表2 XSC1 和XBP1 仿真結果。

XFG1 參數設置

表2 XSC1 和XBP1 仿真結果。

XSC1 和XBP1 仿真結果

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

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

仿真電路原理圖

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假設一階RC 低通濾波器通帶電壓增益為A0， 則其幅頻響應可以用式(13) 表示。

式中，ω 為信號角頻率，ωc為差分濾波器截止角頻率。表3 所示為不同頻率信號的仿真結果。由圖3、式(8) 、式(13) 和表3 結果可知， 差模濾波器的設計是正確的。

表3 不同頻率信號的衰減情況

不同頻率信號的衰減情況

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 系列小型校驗儀產生， 差分輸出電壓由四位半精度的VC9806 + 系列數字萬用表測量得出。注意， 為了使運放工作在線性放大區， 需要給運放提供適當的偏置電壓[ 8]。表4 所示為CA100 輸出不同電壓時VC9806+ 的測試結果， 結果表明直流耦合放大電路的差分比例放大倍數約為21。

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直流信號放大測試框圖

直流耦合通道交流信號測試框圖

在直流電壓上疊加交流信號， 測試交流信號放大、差分濾波器的設計是否正確。測試框圖如圖5 所示。輸入信號由Fluke282 多信道信號發生器產生， 輸出信號由Tek DPO 4054 示波器測量得出。由于Fluke 282 信號發生器的輸出直流偏置電壓受輸出交流信號幅值的影響， 當交流信號的幅值越小時， 直流偏置電壓越低， 此時， 運放共模抑制比很低， 而且可能超出運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， 信道1 信號加在a 端， 參數設置為1000 mVpp ，10 Hz， 2.50 V 偏置電壓，0° 主模式； 信道2 信號加在b 端， 參數設置為900 mVpp ，10 Hz，2.50 V 偏置電壓，0° 從模式。示波器測量結果如表5 所示, 其中CH1、CH2、CH3 、CH4 分別測量TP1、TP2、TP7 、TP8 處交流信號峰峰值電壓和相位， 設置CH1 相位為0°。

表5 直流耦合通道交流信號測試結果

直流耦合通道交流信號測試結果

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 所示峰峰值測量結果表明交流信號的放大是正確的。

表6 所示為不同頻率時，a、b、TP1、TP2 處測試結果， 結果顯示通過差分濾波， 實際信號衰減稍大于理論值， 這是由信號發生器輸出阻抗及電路板寄生電容引起的。

表6 不同頻率時a、b、TP1、TP2 處測量結果

不同頻率時a、b、TP1、TP2 處測量結果

交流耦合差分放大電路測試方法與交流信號測試方法相似， 但是， 由于電阻容差、運放輸入偏置電流、失調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， 抑制共模信號； 兩路輸出信號之間存在相位差。因此， 采用單端探頭測量差分放大電路時， 需要同時考慮信號的幅值和相位， 以便計算和分析。

使用雙運放搭成的具有儀表放大器輸入結構的差分輸入差分輸出放大電路能有效抑制電路溫度漂移、零點漂移和共模噪聲。在沒有差分探頭時， 使用單端探頭對差分放大電路進行測試， 并計算輸入通道信號失量差和輸出通道信號矢量差來驗證差分信號的放大， 具有較好的實用價值。