增益可调差动放大器的设计与仿真特别版Word文件下载.docx
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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(FairchildSemiconductor)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(BobWidlar)。
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
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,
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
②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
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),
③下图为直流源U5=U6=12V时,(瞬态扫描)输出电压Uo的结果图
输出电压增益是一条直线。
其输出电压为9.2425V)
④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
)(U6–U5),
(下图为可调增益放大器实际电路图,其中电压源U1=U2=12V)
⑤下图为交流源U1=U2=12V时,(交流扫描)输出电压Uo的结果图
输出电压是一条不为零的直线。
⑥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
⑦下图为交流源U1=U2=12V时,(瞬态扫描)输出电压Uo的结果图
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)。
⑧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
是由于输入电压U1=U2,而Uo=(m+n+)
(U2–U1),
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=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:
<
1>
交流分析中,Uo=87.113pv
2>
瞬态分析中,Uo=396.475nv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
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