增益可调差动放大器的设计与仿真(特别版)

增益可调差动放大器的设计

学号：01 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。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，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）

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30

10*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：

（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+p

m n 12)( 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Multisim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）

①下图为直流源U5=U6=12V时，（直流扫描）输出电压Uo的结果图