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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流增益可调差动放大器的设计与仿真(特别版).精品文档.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(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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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=
7、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 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Mult
8、isim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
9、输出电压为9.2425V)下图为直流源U5=U6=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
10、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 U
11、1),那么Uo就为零,于是有电压增益Ao为零。)三公式推导:由以上电路图可知: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=
12、R8=Rp=10k可得:Uo=420/11*(U2-U1)而U1=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
13、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 。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