增益可调差动放大器的设计和仿真(特别版).doc

增益可调差动放大器的设计
学号:2011093001 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(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 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。pletely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:
①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,,
可见输出电压是非常小的,几乎接近零)
②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:
③下图为交流源U5=U6=4V时,(瞬态扫描)输出电压Uo的结果图
④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

(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:

⑤下图为交流源U1=U2=4V时,(瞬态扫描)输出电压Uo的结果图
⑥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:

⑦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)
⑧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 uA70