增益可调差动放大器的设计与仿真特别版.docx

1、增益可调差动放大器的设计与仿真特别版增益可调差动放大器的设计 学号：01 姓名：何畅 班级：2011级电科二班摘要： 本课题设计利用增益可调放大器uA709芯片为设计核心（也可以利用LM709CN芯片等），根据uA709的放大原理，利用公式计算出放大倍数，然后利用专业软件（如ORCAD或者Multisim）模拟和仿真增益可调放大器电路，并测出其电压及电压增益的实际值！关键字：UA709 LM709CN ORCAD Multisim一课题背景：差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集

2、成运放电路，他常被用作多级放大器的前置级。基本差动放大电路由两个完全对称的共发射极单管放大电路组成，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。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。差动放大电路的基本形式对电路的要求是：两个电路的参数完全对称两个管子的温度特性也完全对称。它的工作原理是：当输入信号Ui=0时，则两管的电流相等，两管的集点极电位也相等，所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下降，

3、由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相等，其输出电压仍然为零。1960年代晚期，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器，型号为uA709，设计者则是鲍伯韦勒（Bob Widlar）。但是709很快地被随后而来的新产品uA741取代，uA741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。uA741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征，历经了数十年的演进仍然没有被取代，很多集成电路的制造商至今仍然在生产uA741。直到今天uA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。运算放大器LM709系列是

4、一个单片机的运算放大器在-通用的应用往往。操作completely指定范围内的电压的普遍使用对于这些设备。设计,除了提供高偏移电压增益、消除都和偏置电流。毛皮声，B 类输出级给大输出能力用最小的功率消耗。外部元件用于频率补偿放大器。虽然单位增益补偿网络无条件地指定将使放大器。稳定反馈配置、补偿可以量身定做,以适合高频性能优化为任何增益设定。二可选方案设计：方案一：选用UA709芯片用ORCAD软件模拟仿和真增益可调差动放大器电路。（一）电路原理连接图如下： 利用直流电源作为增益可调差动放大器的输入端（下图为可调增益放大器实际电路图，其中电压源U5=U6=4V） 直流分析 具体参数设置如下：下图

5、为交流源U5=U6=4V时，（直流扫描）输出电压Uo的结果图（从图可以观察到输出电压越来越趋于稳定，其稳定值在0.8uV附近，可见输出电压是非常小的，几乎接近零）下图为交流源U5=U6=4V时，（直流扫描）输出电压增益Ao的结果图（从图可以观察到电压增益先直线上升，由负的电压增大到正的电压，由于输入电压U5=U6，那么理论值中电压输出增益应该是无穷大的。而实验也显示是V，这个值已是非常大了，可以视为无穷大可见理论值与实际值是十分相符的） 瞬态分析 具体参数设置如下：下图为交流源U5=U6=4V时，（瞬态扫描）输出电压Uo的结果图下图为交流源U5=U6=4V时，（瞬态扫描）输出电压增益Ao的结果

6、图 （二）电路原理连接图如下： 利用交流电源作为增益可调差动放大器的输入端（下图为可调增益放大器实际电路图，其中电压源U1=U2=4V） 瞬态分析 具体参数设置如下： 下图为交流源U1=U2=4V时，（瞬态扫描）输出电压Uo的结果图下图为交流源U1=U2=4V时，（瞬态扫描）输出电压增益Ao的结果图交流分析 具体参数设置如下： 下图为交流源U1=U2=4V时，（交流扫描）输出电压Uo的结果图（从图可以观察到：输出电压首先直线下降，接着趋于其稳定值，在92pV附近，可见输出电压是非常小的，几乎接近零）下图为交流源U1=U2=4V时，（交流扫描）输出电压增益Ao的结果图( 从图可以观察到：电压增益

7、是一条直线，且其输出电压增益为零。是由于输入电压U5=U6，而Uo=(m+n+)( U6 - U5)，那么Uo就为零，于是有电压增益Ao为零。）此电路实际输入电阻不高，差动放大器的增益与电位器的阻值呈非线性关系。在实际应用中，此电路的运放可选 uA709 ,在uA709的1脚和8脚之间要接R1和C1组成的串联相位补偿电路；为了防止电路的振荡，在5脚和6脚之 间要加补偿电容C2。也可以用uA709TC, MC709C,BG709CP,TD709CN,7F709CDE等代替uA709 。方案二：选用LM709CN芯片用Multisim软件模拟仿和真增益可调差动放大器电路。（一） 电路原理连接图如下

8、：利用交流电源作为增益可调差动放大器的输入端（下图为可调增益放大器实际电路图，其中电压源U5=U6=12V）下图为直流源U5=U6=12V时，（直流扫描）输出电压Uo的结果图 下图为直流源U5=U6=12V时，（直流扫描）输出电压增益Ao的结果图( 从图可以观察到：输出电压增益是一条直线，且其输出电压增益为零。是由于输入电压U1=U2，而Uo=(m+n+)( U2 U1)，那么Uo就为零，于是有电压增益Ao为零。）下图为直流源U5=U6=12V时，（瞬态扫描）输出电压Uo的结果图( 从图可以观察到：输出电压增益是一条直线。其输出电压为9.2425V）下图为直流源U5=U6=12V时，（瞬态扫描

9、）输出电压增益Ao的结果图( 从图可以观察到：输出电压增益是一条直线，且其输出电压增益为零。是由于输入电压U5=U6，而Uo=(m+n+)( U6 U5)，那么Uo就为零，于是有电压增益Ao为零。）（二）电路原理连接图如下： 利用交流电源作为增益可调差动放大器的输入端（下图为可调增益放大器实际电路图，其中电压源U1=U2=12V）下图为交流源U1=U2=12V时，（交流扫描）输出电压Uo的结果图（从图可以观察到：输出电压是一条不为零的直线。）下图为交流源U1=U2=12V时，（交流扫描）输出电压增益Ao的结果图( 从图可以观察到：输出电压增益是一条直线，且其输出电压增益为零。是由于输入电压U1

10、=U2，而Uo=(m+n+)( U2 U1)，那么Uo就为零，于是有电压增益Ao为零。）下图为交流源U1=U2=12V时，（瞬态扫描）输出电压Uo的结果图（从图可以观察到：输出电压是一条直斜线，一直在不断的线性增加。由于输入电压U1=U2，那么理论值中电压输出增益应该是无穷大的。而实验也显示是如此，可见理论值与实际值是十分相符的）。） 下图为交流源U1=U2=12V时，（瞬态扫描）输出电压增益Ao的结果图( 从图可以观察到：输出电压增益是一条直线，且其输出电压增益为零。是由于输入电压U1=U2，而Uo=(m+n+) ( U2 U1)，那么Uo就为零，于是有电压增益Ao为零。）三公式推导：由以上

11、电路图可知：设流过R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7分别为I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7。理想条件下：有I1=I3，(U1-Un)/R1=(Un-Ua)/R3.且I2=I4 .(U2-Up)/R2=(Ub-Up)/R5联立以上式子和Un=Up，可得：Ua-Ub=10(U1-U2)又I3=I5+I6且(Un-Ua)/R3=(Ua-Ub)/(R+Rp)+(Ua-Uo)/R7又I7+I4+I5且(Up-Ub)/R5+(Ua-Ub)/(R+Rp)=Ub/R8联立以上式子,且R1=R2=R4=R6=1K,R3=R5=R7=R8=Rp=10k可得：Uo=420/11*(U2-U1)而U1=

12、U2=5V,那么Uo应该为零。可实际情况，由实验测得的数据：交流分析中,Uo=87.113 pv瞬态分析中,Uo=396.475 nv 这些数据非常接近零，却不等于零。 而当 U1=5V，U2=10V 时交流分析中,电压增益 Ao 不为零（是变化的，最终趋向于零）；瞬态分析中,电压增益 Ao 不为零（是变化的，最终趋向于零）。 此电路，输入电阻不高，差动放大器的增益与电位器的阻值呈非线性关系。在实际应用中，此电路的运放可选uA709 ,在 uA709 的 1 脚和 8 脚之间要接 R1 和 C1 组成的串联相位补偿电路；为了防止电路的振荡，在 5 脚和 6 脚之 间要加补偿电容 C2。也可以用

13、 uA709TC, MC709C,BG709CP,TD709CN,7F709CDE等代替 uA709 。四实验分析与总结：此次课题设计让我明白：理想是美好的，二而实际往往与理想存在差距，理想必须和实际相结合才有意义，即实践是检验真理的唯一标准！通过本次实验，不仅仅让我有效地将课本所学的知识应用于实践，达到了学以致用的目的，而且在设计的过程中，使自己在学习新知识发现问题解决问题等方面得到了很好的锻炼，为以后的学习和工作打下了良好的基础。总而言之，虽然本次实验设计花费了我不少的课余时间，但是确实给我带来了不少收获，觉得这样的课程设计是挺有意义的。此外，通过本次实验，也进一步地熟悉了利用电路软件OR

14、CAD来画电路图和模拟仿真电路的方法。巩固了理论知识，激发了我对这个技术领域的学习激情。同时让我学到了新的知识，比如说：Multisim这个软件，以前就从未用过，也没听过！为了把这篇课题设计好，确实发了不少精力和时间去学习新知识，特别是去琢磨Multisim这个软件！并且也让我懂得了课题与论文设计的步骤，规范及设计流程。这些现在看来似乎有点硬性和深奥的要求，事实上却是我们以后工作中必须用到和要去做到的。所以现在的练习和辛苦是很有必要的。五参考资料： 集成电路原理与应用（第二版）谭博学苗汇静主编 电子工业出版版2010.11仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales. , , . 以下无正文