【2017年整理】增益可调差动放大器的设计与仿真

1、增 益 可 调 差 动 放 大 器 的 设 计 与 仿真摘要：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 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

2、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， 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

3、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 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 馈配第 1 页（共 13 页）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

4、： 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：第 2 页（共 13 页） 下图为交 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 1*1030 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 ）第 3 页（共 13 页）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

5、 下图为交 流源 U5=U6=4V 时 ， （ 瞬态 扫描） 输出 电压 增益 Ao 的 结 果图第 4 页（共 13 页）（ 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：第 5 页（共 13 页） 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：第 6 页（共 13 页） 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

6、压 增 益是一 条 直线 ， 且其输 出 电压 增 益为零。2mn是 由于输入 电压 U5=U6， 而 Uo=(m+n+1 p )( 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 。第 7 页（共 13 页）第 8 页（共 13 页）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，

7、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 ORCAD 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附 ： UA709 和 LM709CN 的数 据 手 册 部 分 资料第 9 页（共 13 页）物 理信息 学 院08 电 科 二班XXX20081030XX第 10 页（共 13 页）第 11 页 （ 共 13 页）第 12 页（共 13 页）第 13 页（共 13 页）

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