增益可调差动放大器的设计(特别版)

说明：这篇课题设计是小酒花生为陈姐特别制作!如果需要可以进行修改，若觉得不是很满意，那么自己可以设计更好的；倘有不妥之处，还请多多指正，谢谢！！！

增益可调差动放大器的设计与仿真

物理信息学院08电科二班XXX20081030XX

摘要：

本课题设计利用增益可调放大器uA709芯片为设计核心，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）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：UA709LM709CN ORCAD

一﹑课题背景：

近年来随着计算机和互联网的迅速发展和普及，多媒体信息的高速传输呈现飞速增长的趋势。放大器作为集成电路的一种重要的组成部分是国内外研究的热点。目前集成放大器的研究主要集中在多级运放的补偿、宽带高速运放、满足专用放大器的特殊结构和提高通用放大器指标的方法等这几个方向。但是可调增益放大器的研究国外开展较多，国内目前已有少量关于可调增益放大器的研究，主要是基于CMOS工艺的可调增益放大器的设计放大。宽带放大器在光纤通信、电子战设备及微波仪表等方面应用越来越广泛。这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪音、工艺稳定等特点。可调增益放大器是一种通过改变电路某一参对量对放大器增益进行调节的放大器，广泛应用于无线通讯、医疗设备、助听器、磁盘驱动等领域。

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，而且能有效的减小由于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。

第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。今日的运算放大器，无论是使用晶体管（transistor）或真空管

（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成电路（integrated circuits）

元件，运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期

的运算放大器是使用真空管设计，现在则多半是集成电路式的元件。但

是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利

用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。

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μA709，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μA741取代，741有着更好的性能，更为稳定，也更容易使用。741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741。直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。

二﹑方案设计：

（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）

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3010*1V ，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：

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：

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

三﹑公式的推导：

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=I3，11R Un U −=3R Ua Un −且I2=I4，22R Up U −=5

R Ub Up −联立以上式子和Un=Up，可得：

Ua-Ub=10(U1-U2)

又I3=I5+I6且3R Ua Un −=Rp R Ub Ua +−+7

R Uo Ua −又I7=I4+I5且

5R Ub Up −+Rp R Ub Ua +−=8R Ub

联立以上式子,且R1=R2=R4=R6=1K,R3=R5=R7=R8=Rp=10k

可得：Uo 11

420(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：

<1>交流分析中,Uo=87.113pv

<2>瞬态分析中,Uo=396.475nv

这些数据不等于零，却非常接近零。

而当U1=5V，U2=10V 时

<1>交流分析中,电压增益Ao 不为零（是变化的，最终趋向于零）；

<2>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。

同时让我懂得了课题设计的规范，步骤，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做到的。所以现在的练习是很有必要的。

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