1、增益可調(diào)差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)與仿真 摘要：本課題設(shè)計(jì)利用增益可調(diào)放大器 uA709 芯片為設(shè)計(jì)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(jì)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(cè)出其電壓及電壓增益的實(shí)際值！ 關(guān)鍵字：UA709LM709CN ORCAD Multisim一課題背景： 差動(dòng)放大電路又叫差分電路，他不僅能有效的放大直流信號(hào)，而且能有效的減小電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)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(yùn)放電路，他常被用作多級(jí)放大器的前置級(jí)。 基本差動(dòng)放大

2、電路由兩個(gè)完全對(duì)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(gè)信號(hào)的輸入，這兩個(gè)信號(hào)的差值，為電路有效輸入信號(hào)，電路的輸出是對(duì)這兩個(gè)輸入信號(hào)之差的放大。設(shè)想這樣一種情景，如果存在干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為零，這就達(dá)到了抗共模干擾的目的。差動(dòng)放大電路的基本形式對(duì)電路的要求是：兩個(gè)電路的參數(shù)完全對(duì)稱兩個(gè)管子的溫度特性也完全對(duì)稱。它的工作原理是：當(dāng)輸入信號(hào) Ui=0時(shí) ，則 兩管 的電 流相 等， 兩管 的集點(diǎn) 極電 位也 相等 ，所 以輸 出電壓Uo=UC1-UC2=0。溫度上升時(shí)，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環(huán)境，

3、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(gè)被廣泛使用的集 成電路運(yùn)算放大器，型號(hào)為 uA709，設(shè)計(jì)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(yùn)算放大器成了微電子工業(yè)發(fā)展歷史上一個(gè)獨(dú)一無二的象征，歷經(jīng)了數(shù)十年的演進(jìn) 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(yùn)放原理的典型教材。運(yùn)算放大器 LM70

4、9 系列是一個(gè)單片機(jī)的運(yùn)算放大器在-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(duì)于這些設(shè)備。設(shè)計(jì),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(jí)給大輸出能力用最小的功率消耗。外部元件用于頻率補(bǔ)償放大器。雖然單位增益補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)無條件地指定將使放大器。穩(wěn)定反饋配第 1 頁（共 13 頁）置、補(bǔ)償可以量身定做,以適合高頻性能優(yōu)化為任何增益設(shè)定選用 UA709 芯片用 ORCAD 軟件模擬仿和真增益可調(diào)差動(dòng)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(dòng)放大器的輸入端（下圖為可調(diào)增益放大器實(shí)際電路圖，其中電壓源 U5=U6=4V）直流分析 具

5、體參數(shù)設(shè)置如下：第 2 頁（共 13 頁）下圖為交流源 U5=U6=4V 時(shí)，（直流掃描）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(shí)，（直流掃描）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(fù)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(shí)驗(yàn)也顯示是1*1030 V，這個(gè)值已是非常大了，可以視為無窮大 可見理論值與實(shí)際值是十分相符的）第 3 頁（共 13 頁）瞬態(tài)分析 具體參數(shù)設(shè)置如下：下圖為交流源

6、U5=U6=4V 時(shí)，（瞬態(tài)掃描）輸出電壓 Uo 的結(jié)果圖下圖為交流源 U5=U6=4V 時(shí)，（瞬態(tài)掃描）輸出電壓增益 Ao 的結(jié)果圖第 4 頁（共 13 頁）（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(dòng)放大器的輸入端（下圖為可調(diào)增益放大器實(shí)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：第 5 頁（共 13 頁）下圖為交流源 U1=U2=4V 時(shí)，（瞬態(tài)掃描）輸出電壓 Uo 的結(jié)果圖下圖為交流源 U1=U2=4V 時(shí)，（瞬態(tài)掃描）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：第 6 頁（共 13 頁）下圖為交流源 U1=U2=4V 時(shí)，（交流掃描）輸

7、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(shí)，（交流掃描）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 Uo=(m+n+2mn )( U6 - U5)， 1 + p 那么 Uo 就為零，于是有電壓增益 Ao 為零。）此電路實(shí)際輸入電阻不高，差動(dòng)放大器的增益與電位器的阻值呈非線性關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，此電路的運(yùn)放可選 uA709 ,在 uA709 的 1 腳和 8 腳之間要接R1 和 C1 組成的

8、串聯(lián)相位補(bǔ)償電路；為了防止電路的振蕩，在 5 腳和 6 腳之間要加補(bǔ)償電容 C2。也可以用 uA709TC, MC709C,BG709CP,TD709CN,7F709CDE 等代替 uA709 。 第 7 頁（共 13 頁）四實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)：此次課題設(shè)計(jì)讓我明白：理想是美好的，二而實(shí)際往往與理想存在差距，理想必須和 實(shí)際相結(jié)合才有意義，即實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)！通過本次實(shí)驗(yàn)，不僅僅讓我有效地將課本所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，達(dá)到了學(xué)以致用的 目的，而且在設(shè)計(jì)的過程中，使自己在學(xué)習(xí)新知識(shí)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)花費(fèi)了我不

9、少的課余時(shí)間，但是確實(shí)給我?guī)砹瞬簧偈?獲，覺得這樣的課程設(shè)計(jì)是挺有意義的。 此外，通過本次實(shí)驗(yàn)，也進(jìn)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(shí)，激發(fā)了我對(duì)這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)激情。同時(shí)讓我學(xué)到了新的知識(shí)，比如說：Multisim 這個(gè)軟件，以前就從未用過，也沒聽過！ 為了把這篇課題設(shè)計(jì)好，確實(shí)發(fā)了不少精力和時(shí)間去學(xué)習(xí)新知識(shí)，特別是去琢磨 Multisim 這個(gè)軟件！并且也讓我懂得了課題與論文設(shè)計(jì)的步驟，規(guī)范及設(shè)計(jì)流程。這些現(xiàn)在看來似乎有點(diǎn) 硬性和深?yuàn)W的要求，事實(shí)上卻是我們以后工作中必須用到和要去做到的。所以現(xiàn)在的練習(xí) 和辛苦是很有必要的。五參考資料：集成電路原理與應(yīng)用（第二版） 譚博學(xué) 苗匯靜 主編 電子工業(yè)出版版