增益可調(diào)差動放大器的設(shè)計與仿真特別版

1、增益可調(diào)差動放大器的設(shè)計 學(xué)號：2011093001 姓名：何暢 班級：2011級電科二班摘要： 本課題設(shè)計利用增益可調(diào)放大器uA709芯片為設(shè)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(diào)放大器電路，并測出其電壓及電壓增益的實際值！關(guān)鍵字：UA709 LM709CN 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(yīng)用。特別是大量的應(yīng)用于集成運放電路，他常被用

2、作多級放大器的前置級?；静顒臃糯箅娐酚蓛蓚€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(shè)想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產(chǎn)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(dāng)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

3、環(huán)境，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(dǎo)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(shè)計者則是鮑伯韋勒（Bob Widlar）。但是709很快地被隨后而來的新產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)uA741。直到今天uA741仍然是各大學(xué)電子工程系中講解運放原理的典型教材。運算放大器LM709系列是一個單片機的運算放大

4、器在-通用的應(yīng)用往往。操作completely指定范圍內(nèi)的電壓的普遍使用對于這些設(shè)備。設(shè)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(luò)無條件地指定將使放大器。穩(wěn)定反饋配置、補償可以量身定做,以適合高頻性能優(yōu)化為任何增益設(shè)定。二可選方案設(shè)計：方案一：選用UA709芯片用ORCAD軟件模擬仿和真增益可調(diào)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(diào)差動放大器的輸入端（下圖為可調(diào)增益放大器實際電路圖，其中電壓源U5=U6=4V）直流分析 具體參數(shù)設(shè)置如下：下圖為交流源U5=U6=4

5、V時，（直流）輸出電壓Uo的結(jié)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）輸出電壓增益Ao的結(jié)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(yīng)該是無窮大的。而實驗也顯示是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）瞬態(tài)分析 具體參數(shù)設(shè)置如下：下圖為交流源U5=U6=4V時，（瞬態(tài)）輸出電壓Uo的結(jié)果圖下圖為交流源U5=U6=4V時，（瞬態(tài)）輸出電壓增益Ao的結(jié)果圖（二）電路原理連接圖如下： 利用交流電

6、源作為增益可調(diào)差動放大器的輸入端（下圖為可調(diào)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(shè)置如下：下圖為交流源U1=U2=4V時，（瞬態(tài)）輸出電壓Uo的結(jié)果圖下圖為交流源U1=U2=4V時，（瞬態(tài)）輸出電壓增益Ao的結(jié)果圖交流分析 具體參數(shù)設(shè)置如下：下圖為交流源U1=U2=4V時，（交流）輸出電壓Uo的結(jié)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）輸出電壓增益Ao的結(jié)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U

7、o=(m+n+)( U6 - U5)，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(guān)系。在實際應(yīng)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 。方案二：選用LM709CN芯片用Multisim軟件模擬仿和真增益可調(diào)差動放大器電路。（一） 電路原理連接圖如下：利用交流電源作為增益可調(diào)差動放大器的輸入端（下圖為可調(diào)增益放大

8、器實際電路圖，其中電壓源U5=U6=12V）下圖為直流源U5=U6=12V時，（直流）輸出電壓Uo的結(jié)果圖下圖為直流源U5=U6=12V時，（直流）輸出電壓增益Ao的結(jié)果圖( 從圖可以觀察到：輸出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U1=U2，而Uo=(m+n+)( U2 U1)，那么Uo就為零，于是有電壓增益Ao為零。）下圖為直流源U5=U6=12V時，（瞬態(tài)）輸出電壓Uo的結(jié)果圖( 從圖可以觀察到：輸出電壓增益是一條直線。其輸出電壓為9.2425V）下圖為直流源U5=U6=12V時，（瞬態(tài)）輸出電壓增益Ao的結(jié)果圖( 從圖可以觀察到：輸出電壓增益是一條直線，且其輸出電壓

9、增益為零。是由于輸入電壓U5=U6，而Uo=(m+n+)( U6 U5)，那么Uo就為零，于是有電壓增益Ao為零。）（二）電路原理連接圖如下： 利用交流電源作為增益可調(diào)差動放大器的輸入端（下圖為可調(diào)增益放大器實際電路圖，其中電壓源U1=U2=12V）下圖為交流源U1=U2=12V時，（交流）輸出電壓Uo的結(jié)果圖（從圖可以觀察到：輸出電壓是一條不為零的直線。）下圖為交流源U1=U2=12V時，（交流）輸出電壓增益Ao的結(jié)果圖( 從圖可以觀察到：輸出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U1=U2，而Uo=(m+n+)( U2 U1)，那么Uo就為零，于是有電壓增益Ao為零。）下

10、圖為交流源U1=U2=12V時，（瞬態(tài)）輸出電壓Uo的結(jié)果圖（從圖可以觀察到：輸出電壓是一條直斜線，一直在不斷的線性增加。由于輸入電壓U1=U2，那么理論值中電壓輸出增益應(yīng)該是無窮大的。而實驗也顯示是如此，可見理論值與實際值是十分相符的）。）下圖為交流源U1=U2=12V時，（瞬態(tài)）輸出電壓增益Ao的結(jié)果圖( 從圖可以觀察到：輸出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U1=U2，而Uo=(m+n+)( U2 U1)，那么Uo就為零，于是有電壓增益Ao為零。）三公式推導(dǎo)：由以上電路圖可知：設(shè)流過R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7分別為I1、I2、I3、I4、I5、I6、I

11、7。理想條件下：有I1=I3，(U1-Un)/R1=(Un-Ua)/R3.且I2=I4 .(U2-Up)/R2=(Ub-Up)/R5聯(lián)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聯(lián)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=U2=5V,那么Uo應(yīng)該為零。四實驗分析與總結(jié)：此次課題設(shè)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(jié)合才有意義，即實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準！通過本次實驗，不僅僅讓我有效地將課本所學(xué)的知識應(yīng)用于實踐，達到了學(xué)以致用的目的，而且在設(shè)計的過程中，使自己在學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)?？偠灾m然本次實驗設(shè)計花費了我不少的課余時間，但是確實給我?guī)砹瞬簧偈斋@，覺得這樣的課程設(shè)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(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)激情。同時讓我學(xué)到了新的知識，比如說：Multisim這個軟件，以前就