增益可調差動放大器的設計與仿真

1、增益可調差動放大器的設計與仿真 摘要：本課題設計利用增益可調放大器 uA709 芯片為設計核心（也可以利用 LM709CN 芯片 等），根據(jù) uA709 的放大原理，利用公式計算出放大倍數(shù)，然后利用專業(yè)軟件（如 ORCAD 或者 Multisim）模擬和仿真增益可調放大器電路，并測出其電壓及電壓增益的實際值！ 關鍵字：UA709LM709CN ORCAD Multisim一課題背景： 差動放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號，而且能有效的減小電源波動和晶體管隨溫度變化多引起的零點漂移，因而獲得廣泛的應用。特別是大量的應用于 集成運放電路，他常被用作多級放大器的前置級。 基本差動放大

2、電路由兩個完全對稱的共發(fā)射極單管放大電路組成，該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。設想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的。差動放大電路的基本形式對電路的要求是：兩個電路的參數(shù)完全對稱兩個管子的溫度特性也完全對稱。它的工作原理是：當輸入信號 Ui=0時 ，則 兩管 的電 流相 等， 兩管 的集點 極電 位也 相等 ，所 以輸 出電壓Uo=UC1-UC2=0。溫度上升時，兩管電流均增加，則集電極電位均下降，由于它們處于同一溫度環(huán)境，

3、因此兩管的電流和電壓變化量均相等，其 輸出電壓仍然為零。1960 年代晚期，仙童半導體（Fairchild Semiconductor）推出了第一個被廣泛使用的集 成電路運算放大器，型號為 uA709，設計者則是鮑伯韋勒（Bob Widlar）。但是 709 很快地被隨后而來的新產品 uA741 取代，uA741 有著更好的性能，更為穩(wěn)定，也更容易使用。 uA741 運算放大器成了微電子工業(yè)發(fā)展歷史上一個獨一無二的象征，歷經了數(shù)十年的演進 仍然沒有被取代，很多集成電路的制造商至今仍然在生產 uA741。直到今天 uA741 仍然是 各大學電子工程系中講解運放原理的典型教材。運算放大器 LM70

4、9 系列是一個單片機的運算放大器在-通用的應用往往。操作 completely 指定范圍內的電壓的普遍使用對于這些設備。設計,除了提供高偏移電壓增益、消除都和偏置電流。毛皮聲，B類輸出級給大輸出能力用最小的功率消耗。外部元件用于頻率補償放大器。雖然單位增益補償網(wǎng)絡無條件地指定將使放大器。穩(wěn)定反饋配第 1 頁（共 13 頁）置、補償可以量身定做,以適合高頻性能優(yōu)化為任何增益設定選用 UA709 芯片用 ORCAD 軟件模擬仿和真增益可調差動放大器電路。（一）電路原理連接圖如下： 利用直流電源作為增益可調差動放大器的輸入端（下圖為可調增益放大器實際電路圖，其中電壓源 U5=U6=4V）直流分析 具

5、體參數(shù)設置如下：第 2 頁（共 13 頁）下圖為交流源 U5=U6=4V 時，（直流掃描）輸出電壓 Uo 的結果圖（從圖可以觀察到輸出電壓越來越趨于穩(wěn)定，其穩(wěn)定值在 0.8uV 附近， 可見輸出電壓是非常小的，幾乎接近零）下圖為交流源 U5=U6=4V 時，（直流掃描）輸出電壓增益 Ao 的結果圖 （從圖可以觀察到電壓增益先直線上升，由負的電壓增大到正的電壓， 由于輸入電壓 U5=U6，那么理論值中電壓輸出增益應該是無窮大的。 而實驗也顯示是1*1030 V，這個值已是非常大了，可以視為無窮大 可見理論值與實際值是十分相符的）第 3 頁（共 13 頁）瞬態(tài)分析 具體參數(shù)設置如下：下圖為交流源

6、U5=U6=4V 時，（瞬態(tài)掃描）輸出電壓 Uo 的結果圖下圖為交流源 U5=U6=4V 時，（瞬態(tài)掃描）輸出電壓增益 Ao 的結果圖第 4 頁（共 13 頁）（二）電路原理連接圖如下： 利用交流電源作為增益可調差動放大器的輸入端（下圖為可調增益放大器實際電路圖，其中電壓源 U1=U2=4V）瞬態(tài)分析 具體參數(shù)設置如下：第 5 頁（共 13 頁）下圖為交流源 U1=U2=4V 時，（瞬態(tài)掃描）輸出電壓 Uo 的結果圖下圖為交流源 U1=U2=4V 時，（瞬態(tài)掃描）輸出電壓增益 Ao 的結果圖交流分析 具體參數(shù)設置如下：第 6 頁（共 13 頁）下圖為交流源 U1=U2=4V 時，（交流掃描）輸

7、出電壓 Uo 的結果圖（從圖可以觀察到： 輸出電壓首先直線下降，接著趨于其穩(wěn)定值，在 92pV 附近，可見輸出電壓是非常小的，幾乎接近零）下圖為交流源 U1=U2=4V 時，（交流掃描）輸出電壓增益 Ao 的結果圖( 從圖可以觀察到：電壓增益是一條直線，且其輸出電壓增益為零。是由于輸入電壓 U5=U6，而 Uo=(m+n+2mn )( U6 - U5)， 1 + p 那么 Uo 就為零，于是有電壓增益 Ao 為零。）此電路實際輸入電阻不高，差動放大器的增益與電位器的阻值呈非線性關系。在實際應用中，此電路的運放可選 uA709 ,在 uA709 的 1 腳和 8 腳之間要接R1 和 C1 組成的

8、串聯(lián)相位補償電路；為了防止電路的振蕩，在 5 腳和 6 腳之間要加補償電容 C2。也可以用 uA709TC, MC709C,BG709CP,TD709CN,7F709CDE 等代替 uA709 。 第 7 頁（共 13 頁）四實驗分析與總結：此次課題設計讓我明白：理想是美好的，二而實際往往與理想存在差距，理想必須和 實際相結合才有意義，即實踐是檢驗真理的唯一標準！通過本次實驗，不僅僅讓我有效地將課本所學的知識應用于實踐，達到了學以致用的 目的，而且在設計的過程中，使自己在學習新知識發(fā)現(xiàn)問題解決問題等方面得到了很 好的鍛煉，為以后的學習和工作打下了良好的基礎?？偠灾?，雖然本次實驗設計花費了我不

9、少的課余時間，但是確實給我?guī)砹瞬簧偈?獲，覺得這樣的課程設計是挺有意義的。 此外，通過本次實驗，也進一步地熟悉了利用電路軟件 ORCAD 來畫電路圖和模擬仿真電路的方法。鞏固了理論知識，激發(fā)了我對這個技術領域的學習激情。同時讓我學到了新的知識，比如說：Multisim 這個軟件，以前就從未用過，也沒聽過！ 為了把這篇課題設計好，確實發(fā)了不少精力和時間去學習新知識，特別是去琢磨 Multisim 這個軟件！并且也讓我懂得了課題與論文設計的步驟，規(guī)范及設計流程。這些現(xiàn)在看來似乎有點 硬性和深奧的要求，事實上卻是我們以后工作中必須用到和要去做到的。所以現(xiàn)在的練習 和辛苦是很有必要的。五參考資料：集成電路原理與應用（第二版） 譚博學 苗匯靜 主編 電子工業(yè)出版版